JP3828655B2 - 車両の自動操舵装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライバーのステアリング操作によらずに車両を自動的に駐車するための車両の自動操舵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
かかる車両の自動操舵装置は特開平3−74256号公報、特開平4−55168号公報により既に知られている。これらの車両の自動操舵装置は、従来周知の電動パワーステアリング装置のアクチュエータを利用し、予め記憶した車両の移動距離と規範転舵角との関係に基づいて前記アクチュエータを制御することにより、バック駐車や縦列駐車を自動で行うようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車輪の転舵角が一定であっても、乗車人数の差や荷物の積載量の差によって車輪に加わる荷重が変化すると、それに応じて車両の移動軌跡も変化する。特に、操舵輪の荷重変化は車両の移動軌跡に大きな影響を与えるもので、懸架装置のジオメトリーの変化、アクチュエータの負荷増大に伴う転舵角の追従遅れ、タイヤの変形量の増大等の要因により車両の旋回半径が増加する傾向が発生する。
【0004】
しかしながら、従来の自動操舵装置は標準積載状態(例えば、二人乗車で荷物無し)で適正な移動軌跡が得られるように設定されているため、車輪に加わる荷重の増減によって移動軌跡に誤差が発生する問題がある。
【0005】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車両の自動操舵装置において、車輪に加わる荷重の変化によって発生する移動軌跡に誤差を補償することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明は、目標位置までの車両の移動軌跡を記憶または演算する移動軌跡設定手段と、車輪を転舵するアクチュエータと、車両が目標位置まで移動する間に移動軌跡設定手段により記憶または演算された移動軌跡に基づいてアクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備えた車両の自動操舵装置において、車輪の荷重状態を検出する荷重状態検出手段と、荷重状態検出手段により検出された車輪の荷重状態に応じて前記移動軌跡を補正する移動軌跡補正手段とを備えたことを特徴とする。
【0007】
上記構成によれば、乗員の人数、乗員の着座位置、荷物や燃料の積載状態、路面の傾斜状態、懸架ばねの劣化による車高変化等に応じて転舵角に対する車両の移動軌跡にずれが発生しても、荷重状態検出手段で検出した車輪の荷重状態に応じて移動軌跡補正手段が前記移動軌跡を補正するので、常に所望の移動軌跡に沿って車両を自動操舵することが可能となる。
【0008】
また請求項2に記載された発明は、請求項1の構成に加えて、前記荷重状態検出手段は懸架装置のアームの揺動角に基づいて車輪の荷重状態を検出することを特徴とする。
【0009】
上記構成によれば、懸架装置のアームの揺動角に基づいて車輪の荷重状態を検出するので、車輪の荷重状態を正確に検出することができる。
【0010】
また請求項3に記載された発明は、請求項1の構成に加えて、前記荷重状態検出手段は車輪の懸架装置のダンパーの伸縮量に基づいて車輪の荷重状態を検出することを特徴とする。
【0011】
上記構成によれば、懸架装置のダンパーの伸縮量に基づいて車輪の荷重状態を検出するので、車輪の荷重状態を正確に検出することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【0013】
図1〜図5は本発明の一実施例を示すもので、図1は自動操舵装置を備えた車両の全体構成図、図2はバック駐車/左モードの作用説明図、図3はモード選択スイッチおよび自動駐車スタートスイッチを示す図、図4は自動駐車プログラムのフローチャート、図5は懸架装置の正面図である。
【0014】
図1に示すように、車両Vは一対の前輪Wf,Wfおよび一対の後輪Wr,Wrを備える。ステアリングホイール1と操舵輪である前輪Wf,Wfとが、ステアリングホイール1と一体に回転するステアリングシャフト2と、ステアリングシャフト2の下端に設けたピニオン3と、ピニオン3に噛み合うラック4と、ラック4の両端に設けた左右のタイロッド5,5と、タイロッド5,5に連結された左右のナックル6,6とによって接続される。ドライバーによるステアリングホイール1の操作をアシストすべく、あるいは後述する車庫入れのための自動操舵を行うべく、電気モータよりなるステアリングアクチュエータ7がウオームギヤ機構8を介してステアリングシャフト2に接続される。
【0015】
操舵制御装置21は、制御部22、記憶部23、荷重状態検出部24および移動軌跡補正部25から構成されており、制御部22には、ステアリングホイール1の回転角に基づいて前輪Wf,Wfの転舵角θを検出する転舵角検出手段S1 と、ステアリングホイール1の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段S2 と、左右の前輪Wf,Wfの回転角を検出する前輪回転角検出手段S3 ,S3 と、ブレーキペダル9の操作量を検出するブレーキ操作量検出手段S4 と、セレクトレバー10により選択されたシフトレンジ(「D」レンジ、「R」レンジ、「N」レンジ、「P」レンジ等)を検出するシフトレンジ検出手段S5 と、車両Vの前部、中央部および後部に設けられた合計8個の物体検出手段S6 …とからの信号が入力される。物体検出手段S6 …は公知のソナー、レーダー、テレビカメラ等から構成される。尚、8個の物体検出手段S6 …と制御部22とを接続するラインは、図面の煩雑化を防ぐために省略してある。
【0016】
図3を併せて参照すると明らかなように、車両Vの自動駐車を行うべく、ドライバーにより操作されるモード選択スイッチS7 および自動駐車スタートスイッチS8 が制御部22に接続される。モード選択スイッチS7 は、後述する4種類の駐車モード、即ちバック駐車/右モード、バック駐車/左モード、縦列駐車/右モードおよび縦列駐車/左モードの何れかを選択する際に操作される4個のボタンを備える。自動駐車スタートスイッチS8 は、モード選択スイッチS7 で選択した何れかのモードによる自動駐車を開始する際に操作される。
【0017】
本発明の移動軌跡設定手段を構成する記憶部23には、4種類の駐車モードのデータが、車両Vの移動距離Xに対する規範転舵角θrefの関係を表すテーブルとして予め記憶されている。車両Vの移動距離Xは、既知である前輪Wfの周長に前輪回転角検出手段S3 ,S3 で検出した前輪Wfの回転角を乗算することにより求められる。尚、前記移動距離Xの算出には、左右一対の前輪回転角検出手段S3 ,S3 の出力のハイセレクト値、ローセレクト値、あるいは平均値が使用される。
【0018】
本発明の荷重状態検出手段を構成する荷重状態検出部24には、前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wrのサスペンションアームにそれぞれ設けた揺動角検出手段S9 …が接続される。各揺動角検出手段S9 …で検出した各車輪の荷重は荷重状態検出部24に入力され、荷重状態検出部24は前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wrへの荷重配分比率を算出する。尚、4個の揺動角検出手段S9 …と荷重状態検出部24とを接続するラインは、図面の煩雑化を防ぐために省略してある。
【0019】
図5は前輪Wf(あるいは後輪Wr)の懸架装置の正面図であって、車体31にアッパーアーム32およびロアアーム33を介してナックル6が接続されており、このナックル6と一体の車軸34に前輪Wfが回転自在に支持される。そして懸架ばね35を外周に備えたダンパー36によって、ロアアーム33と車体31とが接続される。
【0020】
例えば、アッパーアーム32の基部に該アッパーアーム32の上下揺動角を検出する前記揺動角検出手段S9 が設けられる。前輪Wfに加わる荷重が増加すると、懸架ばね35およびダンパー36を圧縮して前輪Wfが車体31に対して相対的に上動し、アッパーアーム32の先端が上方に揺動する。従って、揺動角検出手段S9 により検出したアッパーアーム32の揺動角に基づいて、前輪Wfに加わる荷重の大きさを検出することができる。後輪Wr,Wrに加わる荷重も同様して検出することができる。
【0021】
尚、アッパーアーム32に代えて、ロアアーム33に揺動角検出手段S9 を設けることができる。またダンパー36の伸縮量を検出するストローク検出手段S10を設け、このストローク検出手段S10で検出したダンパー36の伸縮量に基づいて前輪Wfあるいは後輪Wrに加わる荷重の大きさを検出しても良い。
【0022】
本発明の移動軌跡補正手段を構成する移動軌跡補正部25は、荷重状態検出部24が検出した前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wrへの荷重配分比率に基づいて、記憶部23に記憶した4種類の駐車モードのデータを補正する。
【0023】
而して、制御部22は、前記各検出手段S1 〜S6 およびスイッチS7 ,S8 からの信号と、記憶部23に記憶された駐車モードのデータに基づいて、前記ステアリングアクチュエータ7の作動と、液晶モニター、スピーカ、ランプ、チャイム、ブザー等を含む操作段階教示装置11の作動とを制御する。
【0024】
次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。
【0025】
自動駐車を行わない通常時(前記モード選択スイッチS7 が操作されていないとき)には、操舵制御装置21は一般的なパワーステアリング制御装置として機能する。具体的には、ドライバーが車両Vを旋回させるべくステアリングホイール1を操作すると、操舵トルク検出手段S2 がステアリングホイール1に入力された操舵トルクを検出し、制御部22は前記操舵トルクに基づいてステアリングアクチュエータ7の駆動を制御する。その結果、ステアリングアクチュエータ7の駆動力によって左右の前輪Wf,Wfが転舵され、ドライバーのステアリング操作がアシストされる。
【0026】
次に、バック駐車/左モード(車両Vの左側にある駐車位置にバックしながら駐車するモード)を例にとって、自動操舵制御の内容を説明する。
【0027】
先ず、図2(A)に示すように、ドライバー自身のステアリング操作により車両Vを駐車しようとする車庫の近傍に移動させ、車体の左側面を車庫入口線にできるだけ近づけた状態で、予め決められた基準(例えば、ドアの内側に設けられたマークやサイドミラー)が車庫の中心線に一致する位置(スタート位置▲1▼)に車両Vを停止させる。そして、モード選択スイッチS7 を操作してバック駐車/左モードを選択するとともに自動駐車スタートスイッチS8 をONすると、自動操舵制御が開始される。自動操舵制御が行われている間、操作段階教示装置11には自車の現在位置、周囲の障害物、駐車位置、スタート位置から目標位置までの自車の予想移動軌跡、前進から後進に切り換える折り返し位置等が表示され、併せてスピーカからの音声でドライバーに前記折り返し位置におけるセレクトレバー10の操作等の各種の指示や警報が行われる。
【0028】
自動操舵制御により、ドライバーがブレーキペダル9を緩めて車両Vをクリープ走行させるだけでステアリングホイール1を操作しなくても、モード選択スイッチS7 により選択されたバック駐車/左モードのデータに基づいて前輪Wf,Wfが自動操舵される。即ち、スタート位置▲1▼から折り返し位置▲2▼まで車両Vが前進する間は前輪Wf,Wfは右に自動操舵され、折り返し位置▲2▼から目標位置▲3▼まで車両Vが後進する間は前輪Wf,Wfは左に自動操舵される。
【0029】
図2(B)から明らかなように、自動操舵が行われている間、制御部22は記憶部23から読み出したバック駐車/左モードの規範転舵角θrefと、転舵角検出手段S1 から入力された転舵角θとに基づいて偏差E(=θref−θ)を算出し、その偏差Eが0になるようにステアリングアクチュエータ7の作動を制御する。このとき、規範転舵角θrefのデータは車両Vの移動距離Xに対応して設定されているため、クリープ走行の車速に多少の変動があっても車両Vは常に前記移動軌跡上を移動することになる。
【0030】
ところで、上記自動操舵制御はドライバーがブレーキペダル9を踏んで車両がクリープ走行する間に実行されるため、ドライバーが障害物を発見したときに速やかにブレーキペダル9を踏み込んで車両Vを停止させることができる。
【0031】
上述した自動操舵制御は、ドライバーがモード選択スイッチS7 をOFFした場合に解除されるが、それ以外にもドライバーがブレーキペダル9から足を離した場合、ドライバーがステアリングホイール1を操作した場合、何れかの物体検出手段S6 が障害物を検出した場合に解除され、通常のパワーステアリング制御に復帰する。
【0032】
さて、上述した自動操舵制御を行う際に、車両Vの前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wrへの荷重状態の変化によって移動軌跡に誤差が発生するのを回避すべく、記憶部23に記憶された駐車モードのデータ(移動距離Xに対する規範転舵角θrefの関係)に以下のような補正が加えられる。
【0033】
先ず、ステップS1で、揺動角検出手段S9 …で前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wrのサスペンションアームの揺動角を検出する。続くステップS2で、前記揺動角が入力された荷重状態検出部24は、前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wrのそれぞれに作用する荷重を算出するとともに、その荷重から前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wrへの荷重配分比率を算出する。
【0034】
続いて、ステップS3で、算出された荷重配分比率を標準状態での荷重配分比率と比較し、その結果、前輪Wf,Wfへの荷重配分比率が増加していれば、ステップS4で、移動軌跡補正部25が記憶部23に記憶された駐車モードのデータを補正する。前輪Wf,Wfへの荷重配分比率が増加した状態は、トランクや後席に荷物が積載されておらず、且つ体重の重い乗員が運転席および助手席だけに着座したような場合に発生する。そして、このように操舵輪である前輪Wf,Wfの荷重が増加した状態では、懸架装置のアライメントの変化、アクチュエータの負荷増大に伴う転舵角の追従遅れ、タイヤの変形量の増大等の要因により車両の旋回半径が増加する傾向が発生するため、移動軌跡補正部25は前記傾向を打ち消すべく、図2(B)に破線で示すように規範転舵角θrefの絶対値を増加する方向に補正する。
【0035】
一方、前記ステップS3で前輪Wf,Wfへの荷重配分比率が増加しておらず、ステップS5で後輪Wr,Wrへの荷重配分比率が増加していれば、ステップS6で、移動軌跡補正部25が記憶部23に記憶された駐車モードのデータを補正する。後輪Wr,Wrへの荷重配分比率が増加した状態は、助手席に乗員が着座していない場合、後席に乗員が着座している場合、トランクや後席に荷物が積載されている場合等に発生する。そして、このように操舵輪である前輪Wf,Wfの荷重が減少した状態では車両の旋回半径が減少する傾向が発生するため、移動軌跡補正部25は前記傾向を打ち消すべく、図2(B)に鎖線で示すように規範転舵角θrefの絶対値を減少する方向に補正する。
【0036】
尚、規範転舵角θrefの補正量は一定値でも良いが、標準状態での荷重配分比率からの偏差が増加するに応じて補正量が増加するように設定すれば、移動軌跡のずれを一層効果的に補償することができる。またステップS3およびステップS5で前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wrへの荷重配分比率が増加も減少もしていない状態では、図2(B)に実線で示す標準状態での規範転舵角θrefを補正することなくそのまま採用する。
【0037】
而して、ステップS7で、図2(B)に示す移動距離Xと規範転舵角θrefとの関係に基づいて自動操舵を行うことにより、前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wrへの荷重配分比率の変化に影響されることなく、常に一定の移動軌跡で自動駐車を行うことができる。
【0038】
また、路面が車両Vの前下がりに傾斜していると前輪Wf,Wfへの荷重配分比率が増加し、路面が車両Vの後下がりに傾斜していると後輪Wr,Wrへの荷重配分比率が増加するが、この路面傾斜によって発生する移動軌跡の誤差も本実施例により補償することができる。同様に、懸架ばねの劣化により車高が変化すると、懸架装置のジオメトリーが変化して移動軌跡に誤差が発生するが、その誤差も本実施例により補償することができる。
【0039】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【0040】
例えば、実施例では目標位置までの車両Vの移動軌跡が予め記憶部23に記憶されているが、車両Vの現在位置および目標位置から前記移動軌跡を算出することも可能である。また実施例では荷重状態検出部24が前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wr間の荷重配分比率を算出しているが、移動軌跡のずれに及ぼす影響の大きい前輪Wf,Wfの荷重変化だけを検出し、その荷重変化に基づいて移動軌跡を補正することができる。更に前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wr間の荷重配分比率に加えて、前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wrのトータルの荷重を考慮して移動軌跡を補正しても良い。
【0041】
【発明の効果】
以上のように請求項1に記載された発明によれば、乗員の人数、乗員の着座位置、荷物や燃料の積載状態、路面の傾斜状態、懸架ばねの劣化による車高変化等に応じて転舵角に対する車両の移動軌跡にずれが発生しても、荷重状態検出手段で検出した車輪の荷重状態に応じて移動軌跡補正手段が前記移動軌跡を補正するので、常に所望の移動軌跡に沿って車両を自動操舵することが可能となる。
【0042】
また請求項2に記載された発明によれば、懸架装置のアームの揺動角に基づいて車輪の荷重状態を検出するので、車輪の荷重状態を正確に検出することができる。
【0043】
また請求項3に記載された発明によれば、懸架装置のダンパーの伸縮量に基づいて車輪の荷重状態を検出するので、車輪の荷重状態を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】自動操舵装置を備えた車両の全体構成図
【図2】バック駐車/左モードの作用説明図
【図3】モード選択スイッチおよび自動駐車スタートスイッチを示す図
【図4】自動駐車プログラムのフローチャート
【図5】懸架装置の正面図
【符号の説明】
7 ステアリングアクチュエータ(アクチュエータ)
22 制御部(制御手段)
23 記憶部(移動軌跡設定手段)
24 荷重状態検出部(荷重状態検出手段)
25 移動軌跡補正部(移動軌跡補正手段)
32 アッパーアーム(アーム)
36 ダンパー
V 車両
Wf 前輪(車輪)
Wr 後輪(車輪)
Claims (3)
- 目標位置までの車両(V)の移動軌跡を記憶または演算する移動軌跡設定手段(23)と、
車輪(Wf)を転舵するアクチュエータ(7)と、
車両(V)が目標位置まで移動する間に移動軌跡設定手段(23)により記憶または演算された移動軌跡に基づいてアクチュエータ(7)の駆動を制御する制御手段(22)と、
を備えた車両の自動操舵装置において、
車輪(Wf,Wr)の荷重状態を検出する荷重状態検出手段(24)と、
荷重状態検出手段(24)により検出された車輪(Wf,Wr)の荷重状態に応じて前記移動軌跡を補正する移動軌跡補正手段(25)と、
を備えたことを特徴とする車両の自動操舵装置。 - 前記荷重状態検出手段(24)は車輪(Wf,Wr)の懸架装置のアーム(32)の揺動角に基づいて車輪(Wf,Wr)の荷重状態を検出することを特徴とする、請求項1に記載の車両の自動操舵装置。
- 前記荷重状態検出手段(24)は車輪(Wf,Wr)の懸架装置のダンパー(36)の伸縮量に基づいて車輪(Wf,Wr)の荷重状態を検出することを特徴とする、請求項1に記載の車両の自動操舵装置。
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