JP3130971B2 - 車両の自動操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、障害物との接触を回避
するための操舵を行う車両の自動操舵装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より平面上を移動する移動体同士の
衝突回避を操舵により実現する誘導装置として、例えば
特開平１−１２４００８号公報に記載されるように、自
車と、他の移動体の位置、進行方向及び速度から衝突位
置を求め、操舵によって衝突を回避する経路を演算し、
操舵を行うことは知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、そのよう
に、操舵によって接触を回避する経路を演算し、自動操
舵を行う場合、路面の摩擦係数や車両の特性の変動等に
よって、横Ｇ（横加速度）の立上がりが変化する場合が
あり、接触回避を確実に行うことができないおそれがあ
る。すなわち、基本的には、操舵パタ−ンは路面の摩擦
係数と車両の運動特性とによって決定されるが、路面の
摩擦係数は、刻々と変化するし、車両の特性も重量やバ
ランスにより変動する。そのため、初期に決定した操舵
パタ−ンによって、望んだ車両の動きが実現できるとは
限らない。

【０００４】本発明は、路面の摩擦係数や車両の特性の
変動にかかわらず、障害物との接触回避を確実に行うこ
とができる車両の自動操舵装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、障害物との接
触を回避するための操舵を行う車両の自動操舵装置を前
提とする。

【０００６】さらには、自動操舵時の車両の横加速度を
検出する横加速度検出手段と、この横加速度検出手段の
出力を受け、自動操舵時の横加速度の立上がりの実測値
と基準値とを比較し、上記基準値よりも実測値の方が小
さいときには操舵角が大きくなるように操舵パターンを
変更する一方、実測値が基準値以上のときには操舵角が
小さくなるように操舵パタ−ンを変更する操舵パタ−ン
変更手段とを備える構成とする。

【０００７】

【作用】横加速度が検出手段により検出され、この検出
された自動操舵時の横加速度の立上がりの実測値と基準
値とが比較されて、上記基準値よりも上記実測値の方が
小さいときには操舵角が大きくなるように、また基準値
よりも実測値の方が大きいときには操舵角が小さくなる
ようにそれぞれ操舵パタ−ンが変更される。

【０００８】すなわち、路面摩擦係数が小さいこと等に
起因して横加速度の立上がりの基準値が実測値より大き
くなっている場合は、十分横方向に回避できず障害物と
接触するおそれがあるが、本件発明のように操舵角が大
きくなるよう操舵パターンを変更すれば上記の問題を解
消することができる。一方、車両の積載量変化等に起因
して横加速度の立上がりの基準値が実測値より小さくな
っている場合は、過度に横加速度が発生してスピンのお
それがあるが、本件発明のように操舵角が小さ くなるよ
うに操舵パターンを変更すれば上記の問題を解消するこ
とができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に沿って詳細に
説明する。概略構成を示す図１において、１はステアリ
ングホイ−ルで、そのステアリングシャフト２の下端の
ピニオン（図示せず）が、車軸４のラック部（図示せ
ず）に噛合し、操舵できるようになっている。また、車
軸４に対しては自動操舵シリンダ６が設けられ、自動操
舵もできるようになっている。そして、コントロ−ラ７
によって、車軸４の位置を検出する位置センサ８の出力
を受け、２つの切替バルブ９，１０と自動操舵バルブ１
１とを制御して、自動操舵シリンダ６に油ポンプ１２よ
り供給される圧油を供給して、フィ−ドバック制御によ
り自動操舵を行うことができるようになっている。

【００１０】上記コントロ−ラ７には、自車速度を検出
する第１車速センサ１００Ａよりの信号及び、先行車の
速度を検出する第２車速センサ１００Ｂよりの信号が入
力されるようになっている。また、コントロ−ラ７は、
周知の方法で横加速度を検出する横加速度検出手段７Ａ
と、該横加速度検出手段７Ａの出力を受け、自動操舵時
の横加速度の実測値と基準値とを比較し、上記基準値よ
りも実測値の方が小さいときには操舵角が大きくなるよ
うに操舵パターンを変更する一方、実測値が基準値以上
のときには操舵角が小さくなるように操舵パタ−ンを変
更する操舵パタ−ン変更手段７Ｂとを備える。

【００１１】この自動操舵は、車両の走行条件（車間距
離、前方車両とガイドレ−ルとの距離等）から、路面の
摩擦係数や車両の運動特性を考慮した上で、接触（干
渉）回避のための操舵パタ−ンを設定し、必要に応じて
行い、自動操舵終了後、実際の車両特性と操舵パタ−ン
設定のために用いた車両特性とのずれ等によって生じる
誤差的な運動を補正するための、修正操舵を行い、車両
を安定させるようになっている。

【００１２】続いて、先行車との接触を回避するため
の、上記コントロ−ラ７による自動操舵の制御について
説明する。

【００１３】図２において、スタ−トすると、先行車と
自車との車間距離Ｌ1、自車速度ｖ0、先行車の速度ｖ
1、路面の摩擦係数μ、左許容範囲ｙL、右許容範囲ｙR
を検出する（ステップＳ1）。なお、自車速度ｖ0、先行
車の速度ｖ1は周知の方法で検出される。また、スキャ
ン型のレ−ザレ−ダ等の外部環境認識システムから、先
行車１３と自車１４との車間距離Ｌ1、先行車と両側の
ガイドレ−ルや白線等の道路境界線までの角度θR、θL
を検出し（図３参照）、例えば、 ｙR＝Ｌ1・tanθR ｙL＝Ｌ1・tanθL 等の式に従って、右許容範囲ｙR、左許容範囲ｙLを求め
る。

【００１４】白線の検出については、白線上に設置され
たキャッツアイ等からの反射やビデオカメラ等を用いた
画像処理技術の応用によって可能である。

【００１５】それから、それらの検出値に基づいて、最
小車間距離Ｌ0、自車と先行車との相対速度Ｖ（＝ｖ0−
ｖ1）、追越し時間Ｔ1、操舵角θH、許容横Ｇを演算す
る（ステップＳ2）。

【００１６】ここで、最小車間距離Ｌ0は、次の数式に
よって計算される。

【００１７】

【数１】

【００１８】そして、横方向移動距離ｙ0と、路面の摩
擦係数によって決定される許容最大横Ｇとによって、操
舵に要する時間Ｔ1が、次の式に基づき決定される。

【００１９】

【数２】

【００２０】さらに、車両モデルを考慮して操舵角θH
が次の式に基づき決定される。

【００２１】

【数３】

【００２２】操舵角は、周知の方法で検出される路面の
摩擦係数も考慮して決定されている（図４参照）。即
ち、路面の摩擦係数μが小さいと、許容横Ｇが小さくな
る。一方、必要な横移動距離は略一定であるから、許容
横Ｇが小さくなると、操舵に要する時間も短くなり、そ
の結果操舵角も小さくなる。また、図５に示すように、
相対速度Ｖが大きくなるほど、自動操舵するのに必要な
最小車間距離Ｌ0（＝Ｖ・Ｔ1）が大きくなる。

【００２３】そして、それらに基づき、図６に示すよう
に、自動操舵による操舵パタ−ンが定まる。すなわち、
この自動操舵は、先行車に追い付くまでに、所定量ｙ0
だけ横方向に移動できるだけの正弦の単波条の操舵パタ
−ンで操舵する。

【００２４】接触する可能性があるか否かをチェックす
るために、相対速度Ｖ＞０であるか否かを判定する（ス
テップＳ3）。

【００２５】そして、相対速度Ｖが０を越えると、障害
物としての先行車と接触する可能性があるので、車間距
離Ｌ1が警報距離Ｌ2より小さいか否かを判定する（ステ
ップＳ4）。小さければ、警報（例えば警報ランプ、警
報ブザ−）を発し（ステップＳ5）、小さくなければ、
リタ−ンする。

【００２６】上記警報を発した後、車間距離Ｌ1が最小
車間距離Ｌ0より小さいか否かを判定する（ステップＳ
6）。小さい場合は、接触を回避する必要があるので、
まず右許容範囲ｙRが必要な横移動量ｙ0よりも小さいか
否かを判定し（ステップＳ7）、小さければ、右方向へ
の移動ができないので、左許容範囲ｙLが必要な横移動
量ｙ0よりも小さいか否かを判定し（ステップＳ8）、小
さければ、右方向への移動ができない。よって、リタ−
ンする。

【００２７】また、右許容範囲ｙRが必要な横移動量ｙ0
よりも小さくなければ、ｙフラグを１として（ステップ
Ｓ9）、左許容範囲ｙLが必要な横移動量ｙ0よりも小さ
くなければ、そのまま、ステップＳ10に移り、ｙフラグ
＝１であるか否かを判定する。

【００２８】ｙフラグ＝１であれば、右方向から左方向
へと変化する操舵パタ−ンの自動操舵を行って接触を回
避し（ステップＳ11）、ｙフラグ＝１でなければ、左方
向から右方向へと変化する操舵パタ−ンで自動操舵を行
って接触を回避する（ステップＳ12）。

【００２９】それから、予測される横Ｇ（横加速度）を
算出し（ステップＳ13）、（予測される横Ｇの変分）／
（操舵角の変分）である、基準となる横Ｇの立上がりα
refを求める。また、実際の横Ｇを検出し（ステップＳ1
4）、（実際の横Ｇの変分）／（操舵角の変分）であ
る、実際の横Ｇの立上がりαを求める。そして、基準と
なる横Ｇの立上がりαrefの絶対値が、実際の横Ｇの立
上がりαの絶対値よりも大きいか否かを判定する（ステ
ップＳ15）。大きければ（図７(a)参照）、十分横方向
に回避できず接触するおそれがあるので、接触回避のた
めに操舵パタ−ンを変更し（図７(b)参照）、操舵角を
大きくする一方（ステップＳ16）、大きくなければ（図
８(a)参照）、必要以上の横Ｇが発生してスピンのおそ
れがあるので、スピンの発生を防止するために操舵パタ
−ンを変更し（図８(b)参照）、操舵角を小さくする
（ステップＳ17）。

【００３０】この操舵パタ−ンの修正は、操舵周期（例
えば２秒）に対し、十分短いサンプリング時間（例えば
５０msec）で横Ｇを検出して行うので、実際の横Ｇの、
目標の横Ｇからの逸脱を防止することができる。

【００３１】そして、追越し時間Ｔ1が経過したかを判
定し（ステップＳ18）、経過するまで上記自動操舵を継
続し、経過後、修正操舵を行い（ステップＳ19）、リタ
−ンする。

【００３２】そして、このステップＳ19における修正操
舵は、図９に示すようにして行われる。

【００３３】スタ−トすると、まず、自動操舵開始後の
ヨ−角θ2を検出する（ステップＳ21）。この検出は、
ヨ−レ−トジャイロの出力を積算して行う。

【００３４】それから、自動操舵開始前のヨ−角θ1と
自動操舵開始後のヨ−角θ2との差θrefを演算する（ス
テップＳ22）。そして、その差θrefに基づき、自動操
舵角θHを検出する（ステップＳ23）。

【００３５】そして自動操舵角θHの絶対値が操舵角の
遊び分θ0より小さいか否かを判定する（ステップＳ2
4）。小さければ、操舵の必要がないので、そのまま終
了する一方、小さくなければ、自動操舵角θHが正であ
るか否かを判定する（ステップＳ25）。正であれば、左
に操舵角θHを操舵する（ステップＳ26）一方、正でな
ければ、右に操舵角θHを操舵する（ステップＳ27）。

【００３６】このようにして修正操舵が行われ、操舵開
始時の進行方向と、自動操舵終了後の進行方向のずれが
解消される。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、自動操舵時の横加速度の立上
がりの実測値と基準値とを比較し、上記基準値よりも実
測値の方が小さいときには操舵角が大きくなるように操
舵パターンを変更する一方、実測値が基準値以上のとき
には操舵角が小さくなるように操舵パタ−ンを変更する
ようにしたので、路面の摩擦係数や車両特性の変動の影
響を受けず、接触回避を確実にかつ安定性よく行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両の自動操舵装置の構成を示す概略斜視図で
ある。

【図２】前方の障害物を回避するための制御のフロ−チ
ャ−ト図である。

【図３】先行車と自車との関係を示す図である。

【図４】操舵角算出のブロック図である。

【図５】操舵角、横方向移動距離及び追越し時間の関係
を示す図である。

【図６】相対速度と、最小車間距離との関係を示す図で
ある。

【図７】横Ｇと操舵角の時間的変化の一例を示す図であ
る。

【図８】横Ｇと操舵角の時間的変化の他の例を示す図で
ある。

【図９】修正操舵の処理の流れを示すフロ−チャ−ト図
である。

【符号の説明】

7 コントロ−ラ 7A 横加速度検出手段 7B 操舵パタ−ン変更手段 13 先行車（障害物） 14 自車

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 105:00 111:00 113:00 137:00 (72)発明者 山本 康典 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (72)発明者 足立 智彦 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−124008（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−147968（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 6/00 G05D 1/02 G08G 1/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 障害物との接触を回避するための操舵を
   行う車両の自動操舵装置において、自動操舵時の車両の 横加速度を検出する横加速度検出手
   段と、上記 横加速度検出手段の出力を受け、自動操舵時の横加
   速度の立上がりの実測値と基準値とを比較し、上記基準
   値よりも実測値の方が小さいときには操舵角が大きくな
   るように操舵パターンを変更する一方、実測値が基準値
   以上のときには操舵角が小さくなるように操舵パタ−ン
   を変更する操舵パタ−ン変更手段とを備えたことを特徴
   とする車両の自動操舵装置。