JP3897736B2 - 車両用走行支援装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、目標位置への走行軌跡を求めて、この走行軌跡に車両が追従するよう車両走行の支援を行う車両用走行支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
所定の走行軌跡に車両が追従して走行するよう操舵支援や自動操舵を行う技術が知られており、この技術を採用した装置として自動走行装置や駐車支援装置（例えば、特許文献１参照。）が知られている。
【０００３】
この特許文献１の技術では、縦列駐車や後退駐車の支援に際して、現在の車両位置から目標駐車位置へと到達する経路（走行軌跡）の算出を行うが、この走行軌跡は、車両の移動距離（走行距離）に対する車輪の転舵角として設定されている。このように、走行軌跡に対する転舵角として軌跡を設定することで、２次元的な車両の移動軌跡を走行距離−転舵角という１次元的なデータとして把握することができ、また、車速や加速度に依存せず利用できるため、車両の誘導精度が向上する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−７８９３６号公報（段落００３９〜００５３、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように走行距離と転舵角の関係として走行軌跡を把握していた場合、例えば、自動操舵中に不意に車両が降坂して、進行方向が急に逆転した場合には、操舵が逆戻りする場合がある。このような逆方向への操舵に対しては運転者は違和感を覚える。
【０００６】
そこで本発明は、運転者にとって自然な感じの操舵支援を可能とした車両用走行支援装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る車両用走行支援装置は、目標位置へ至る軌跡を、走行距離と目標操舵角とを対応づけることにより設定し、走行距離に応じて該目標操舵角が得られるよう操舵を支援することにより設定された軌跡上に車両を誘導する車両用走行支援装置において、車両の進行方向に対する走行距離を、設定進行方向を正の値とし設定進行方向の逆方向を負の値として積算する走行距離積算手段と、積算した走行距離の最大値を検出する最大値検出手段と、を備え、算定した最大値に基づいて設定した目標操舵角により操舵支援を行うことを特徴とする。
【０００８】
このように車両の進行方向に対して走行距離を積算することで、進行方向の正逆により、走行距離の積算値の増加／減少が逆転する。その最大値に対応して目標操舵角を設定することにより、登坂中の不意の降坂（あるいはその逆）等によって進行方向が逆転した場合でも、目標操舵角が維持されるので、自動操舵中にステアリングが逆方向に転動したり、操舵の指示値が急変したりすることがなく、運転者が違和感を感ずることがなく、自然な操舵が可能となる。
【０００９】
車両は、原動機として駆動輪に接続されている電動機を備え、走行距離積算手段は、電動機の回転角を基にして走行距離の積算を行うことが好ましい。この場合、電動機において、何らかの原因により、出力の瞬間的な反転が発生した場合、自動操舵中であればステアリングの逆方向の転動が起こらず、操舵指示中であれば、指示値が急変することがないため、運転者が違和感を感ずることがなく、自然な操舵が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１１】
以下、本発明に係る走行支援装置として駐車支援装置を例に説明する。図１は、本発明の実施形態である駐車支援装置１００のブロック構成図である。この駐車支援装置１００は、走行制御装置１１０と、自動操舵装置１２０を備えており、制御装置である駐車支援ＥＣＵ１により制御される。駐車支援ＥＣＵ１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成され、走行制御装置１１０の制御を行う走行制御部１０と自動操舵装置の制御を行う操舵制御部１１とを有している。この走行制御部１０と操舵制御部１１とは駐車支援ＥＣＵ１内でハード的に区分されていてもよいが、共通のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を用い、ソフト的に区分されていてもよい。
【００１２】
走行制御装置１１０は、前述した走行制御部１０と制動系、駆動系により構成される。制動系は各輪へ付与する制動力をブレーキＥＣＵ３１によって電子制御する電子制御ブレーキ（ＥＣＢ）システムであって、アクチュエータ３４により各輪に配置された油圧ブレーキのホイルシリンダ３８へ付加されるブレーキ油圧を調整することで制動力を調整する。ブレーキＥＣＵ３１には、各輪に配置されてその車輪速を検出する車輪速センサ３２と、車両の加速度を検出する加速度センサ３３、アクチュエータ３４内に配置されており、内部およびホイルシリンダ３８に付加される油圧を検出する図示していない油圧センサ群、ブレーキペダル３７とアクチュエータ３４との間に接続されているマスタシリンダ３５の油圧を検出するマスタシリンダ（Ｍ／Ｃ）油圧センサ３６の各出力信号が入力されている。
【００１３】
駆動系を構成するエンジン２２はエンジンＥＣＵ２１によって制御され、エンジンＥＣＵ２１とブレーキＥＣＵ３１は走行制御部１０と相互に情報を通信して協調制御を行う。ここで、エンジンＥＣＵ２１には、トランスミッションのシフト状態を検出するシフトセンサ１２の出力が入力されている。
【００１４】
自動操舵装置１２０は、ステアリングホイール４０とステアリングギヤ４１との間に配置されたパワーステアリング装置を兼ねる駆動モータ４２と、ステアリングの変位量を検出する変位センサ４３とを備え、操舵制御部１１は駆動モータ４２の駆動を制御するとともに、変位センサ４３の出力信号が入力されている。
【００１５】
走行制御部１０と操舵制御部２０とを備える駐車支援ＥＣＵ１には、車両後方の画像を取得するための後方カメラ１５で取得した画像信号と、駐車支援にあたって運転者の操作入力を受け付ける入力手段１６の出力信号が入力されるとともに、運転者に対して画像により情報を表示するモニタ１３と、音声により情報を提示するスピーカー１４が接続されている。
【００１６】
次に、この駐車支援装置１００の動作を具体的に説明する。以下では、図２に示されるように、道路２１０に面して設けられた車庫２２０内に、後退によって車両２００を収容する、いわゆる車庫入れを行う場合の支援動作を説明する。図３は、この支援動作の制御フローチャートであり、図４は、この制御において設定される設定走行軌跡（経路）を説明するグラフであり、図５は、図３の処理における舵角設定処理の詳細を示すフローチャートである。
【００１７】
ここで、図３に示される制御は、運転者が入力手段１６を操作して、駐車支援制御の開始を駐車支援ＥＣＵ１に指示してから、指示した目標駐車位置近傍へ到達するまで、あるいは、目標駐車位置へ１回の後退で到達することができないと判定されるまで、運転者が入力手段１６から支援動作をキャンセルしない限り駐車支援ＥＣＵ１により実行される。
【００１８】
具体的には、運転者は、モニタ１３に表示されている後方カメラ１５で撮像した画像中で目標位置が確認できる位置まで車両２００を移動させた後、入力手段１６により駐車支援動作の開始（図３に示される制御処理の開始）を指示する。このときの車両位置をＡ点とする。そして、運転者はモニタ１３に表示されている後方カメラ１５で撮像した画像を見ながら、入力手段１６を操作することにより、画面上に表示されている駐車枠を動かして目標駐車位置へと移動させることにより目標駐車位置Ｇの設定を行う（ステップＳ２）。
【００１９】
駐車支援ＥＣＵ１は、画像認識処理によりＧ点の位置を求める。このＧ点の位置は、例えば現在の車両位置Ａを原点とする相対座標として求めればよい。次に、駐車支援ＥＣＵ１は目標駐車位置Ｇへと至る経路（走行軌跡）を算出する（ステップＳ４）。この走行軌跡は、図４に示されるように、走行距離に対する操舵角（旋回曲率＝旋回半径の逆数）として設定される。このとき設定される軌跡の代表例は、まず、Ａ点からＢ点まで舵角０（旋回距離句曲率０）で後退し、そこからＣ点まで操舵角の走行距離に対する変化速度を一定として操舵角を増大させて（舵を切る）、操舵角、旋回曲率が最大で旋回半径が最小旋回半径（Ｒmin）となる状態に移行し、ｄ点まではこの操舵角を維持し、Ｄ点からは逆に操舵角の走行距離に対する変化速度を一定として操舵角を減少させて（舵を戻す）、Ｆ点で舵角０の中立状態に移行し、Ｆ点から目標位置Ｇ点までは舵角０でまっすぐ後退する軌跡を算出する。この結果、走行軌跡ＡＢ間とＦＧ間は直線となり、ＣＤ間は半径Ｒminの円弧であり、ＢＣ間、ＤＦ間は、それぞれ一端が曲率１／Ｒmin、他端が曲率０のクロソイド曲線となる。
【００２０】
このように、走行距離−操舵角の対応として目標走行軌跡を設定することで、走行距離は車輪速センサ３２の出力から求めることができ、操舵角は舵角センサである変位センサ４３の出力から求めることができるため、その検出が容易である。また、目標走行軌跡が車両の速度、加速度に依存しないため、制御が簡略化できる利点もある。
【００２１】
ステップＳ６では、経路が設定できたか否かを判定する。車両位置、車両の旋回特性等の条件から現在位置Ａ点から目標位置Ｇ点に到達する経路の設定が不能と判定した場合には、ステップＳ２０に移行し、現在位置Ａからは目標位置Ｇ点に到達できない旨をモニタ１３やスピーカー１４を用いて運転者に報知し、処理を終了する。運転者は、必要であれば、車両２００を移動させて再度駐車支援動作を作動させればよい。
【００２２】
目標経路が設定できた場合には、ステップＳ８に移行して、実際の誘導制御へと移行する。ここで、駐車支援ＥＣＵ１の走行制御部１０は、シフトレバーが後退位置に設定されたら、エンジンＥＣＵ２１にエンジン２２をトルクアップするよう指示することが好ましい。これにより、エンジン２２は通常のアイドル時より高い回転数で回転し、駆動力の高いトルクアップ状態に移行する。このため、アクセル操作を行うことなく、ブレーキペダル３７のみで調整できる車速範囲が拡大し、車両のコントロール性が向上する。運転者がブレーキペダル３７を操作すると、そのペダル開度に応じてアクチュエータ３４を作動させることでホイルシリンダ３８に付与されるホイルシリンダ油圧（ブレーキ油圧）が調整され、各輪に付与される制動力を調整する。これにより車速を調整する。このとき、車輪速センサ３２で検出している車速が上限車速を超えないようアクチュエータ３４で各ホイルシリンダ３８に付与するブレーキ油圧を調整することで制動力を付与して上限車速のガードを行う。
【００２３】
誘導制御においては、まず、車両の現在位置の判定を行う（ステップＳ８）。この現在位置判定は、後方カメラ１５で撮像している画像における特徴点の移動を基に判定することも可能であるし、車輪速センサ３２や加速度センサ３３の出力を基にした走行距離変化と変位センサ４３の出力を基にした舵角変化を基にして判定を行えばよい。
【００２４】
ステップＳ１０では、舵角設定処理を行う。図５は、この具体的な処理内容を示す処理フローである。まず、シフトセンサ１２の出力から後退設定時か前進設定時かを判定する（ステップＳ１０２）。後退設定時は、ステップＳ１０４に移行し、後退方向を正、前進方向を負に設定する。一方、前進設定時は、ステップＳ１０６へと移行して、前進方向を正、後退方向を負に設定する。いずれの場合もこの設定が終了したら、車輪速センサ３２の出力を基にして走行距離の変化量ΔＤを検出する（ステップＳ１０８）。このΔＤは、前回のタイムステップよりステップＳ１０４またはＳ１０６で設定した正方向に、車両が進んだ際に正の値をとり、逆方向に進行した場合には、マイナスの値をとる。
【００２５】
次に、積算走行距離Di0にΔＤを加算する（ステップＳ１１０）。この結果、この積算走行距離Di0は、設定方向に進行している場合には増大するが、設定方向と逆方向に進行している場合には、減少することとなる。次に、ピーク積算走行距離PDiを更新する（ステップＳ１１２）。具体的には、PDiの前回値よりステップＳ１１０で求めたDi0の値が大きければ、PDiをDi0で置き換え、それ以外の場合には、PDiの値を保持する。これにより、現在までのDi0の最大値（ピーク値）がPDiに格納されることになる。
【００２６】
そして、PDiとDi0とを比較する（ステップＳ１１４）。PDiとDi0が一致している場合（PDiがDi0を下回ることはない。）には、ステップＳ４で求めた走行距離−曲率特性に合致させる操舵量を設定する（ステップＳ１１６）。これに対して、PDiがDi0を超えている場合には、ステップＳ４で求めた走行距離−曲率特性によらずに、現在の舵角を保持する（ステップＳ１１８）。
【００２７】
こうして操舵量を設定したら、図３に示されるステップＳ１２へ移行して、実際の舵角制御を行う。具体的には、操舵制御部１１は、変位センサ４３の出力を監視しながら、駆動モータ４２を制御してステアリングギヤ４１を操作し、舵角が設定した舵角変位に合致するよう制御する。
【００２８】
こうして設定した経路に沿った移動が行われるので、運転者は進路上の安全確認と車速調整に専念することができる。進路上に障害物や歩行者等が存在した場合は、運転者がブレーキペダル３７を踏み込むと、それに応じた制動力がブレーキＥＣＵ３１の制御によりアクチュエータ３４を経てホイルシリンダ３８へと付与されるので安全に減速、停止することができる。
【００２９】
このように、本実施形態では、積算走行距離Di0のピーク値PDiを求め、Di0がピーク値PDiを下回る場合には、走行距離に対して舵角を変更せず、保舵制御を行うことで、進行方向が一時的に逆転するようなことがあっても目標位置へと正確に移動することができるとともに、運転者に違和感を感じさせることがない。
【００３０】
例えば、坂道でのずり下がりなどにより、図２に示されるＥ点から車両が不意に前進したような場合を考える。走行距離に応じて単純に舵角を制御する場合、第１に進行方向を考慮せず、前進時も後進時も車両の移動に応じて積算距離を常に増加させる制御を行った場合には、逆方向に進んでいるにもかかわらずに車両の移動に応じて操舵が行われるため、破線Ｌ'で示される軌跡を移動することになり、目標位置からずれてしまう可能性がある。
【００３１】
これに対して、設定された進行方向へと移動する場合を正、逆方向へと移動する場合を負にとって走行距離を積算すれば、逆方向に戻る場合には、同じ軌跡上を移動するため、目標位置からのずれをなくすことが可能となる（図４の矢印β）。しかしながら、坂道でのずり下がり等の運転者の意図しない進行方向の逆転現象は不意に起こる。このように不意に進行方向が逆転すると、この解決手法によれば、ステアリングホイール４０が瞬間的に逆方向に転動するため、運転者が違和感を感ずることになる。
【００３２】
本発明では、このような進行方向の逆転が起こった場合には、積算走行距離が元に戻るまで操舵角を維持する保舵を行う（図４の矢印α）。このように操舵角を維持しているため、進行方向が逆転した際には、元の走行軌跡からずれることとなるが、進行方向を元に戻した場合でも、そのまま操舵量を維持すれば、逆転した際の走行軌跡を逆にたどって本来の設定軌跡に戻ることができるので、結果的に目標位置からずれることがない。さらに、進行方向の逆転時に舵角を維持することで、ステアリングホイール４０が運転者の意図しない転動を起こすことがないため、運転者がその動作に違和感を感じることがない。
【００３３】
舵角制御後は、現在位置が目標経路上からずれていないかを判定し、ずれが大きい場合には経路修正を要すると判定する（ステップＳ１４）。この目標経路からのずれは、目標操舵量と実際の操舵量のずれを走行距離に対して積算することで求めることができる。経路修正を要する場合には、ステップＳ４へと戻って経路の再計算を行う。
【００３４】
一方、目標経路とのずれが小さい場合には、ステップＳ１６へと移行し、目標駐車位置Ｇ点近傍に到達したか否かを判定する。目標駐車位置へ到達していない場合には、ステップＳ８へと戻ることで、支援制御を継続する。目標駐車位置へと到達したと判定された場合には、ステップＳ１８へと移行し、モニタ１３、スピーカー１４により運転者に目標駐車位置へと到達した旨を報知して処理を終了する。
【００３５】
なお、舵角の設定処理制御は図５のフローに限られるものではない。ピーク積算走行距離PDiを求めた後に、このピーク積算走行距離PDiに応じて舵角を制御しても同様の結果が得られる。
【００３６】
図６は、本発明をハイブリッド車両に適用した場合の車両の主要構成部分のブロック構成図である。このハイブリッド車両は、モータ５４とエンジン２２を駆動源とするパラレルハイブリッド車両であって、モータ５４とエンジン２２と発電機であるジェネレータ５５が遊星歯車等の動力分割機構５６で機械的に接続され、モータ５４と動力分割機構５６とを繋ぐ出力軸と駆動輪５８の車軸とは減速手段５７によって接続されている。つまり、モータ５４は、駆動輪５８に減速手段を介して機械的に接続されている。モータ５４とジェネレータ５５とはインバータ５３に電気的に接続され、インバータ５３はバッテリ５２に電気的に接続されている。これらは、パワートレインＥＣＵ５１によって制御され、パワートレインＥＣＵ５１は、駐車支援ＥＣＵ１と車内ＬＡＮ等により情報をやりとりする。
【００３７】
本ハイブリッド車両では、前述したように、モータ５４は、駆動輪５８に減速手段を介して機械的に接続されているため、モータ５４の回転角から駆動輪５８の回転量、ひいては車両の走行距離を求めることが可能である。
【００３８】
このようなパラレル式のハイブリッド車両においては、車両の移動中に自動的にエンジン２２を駆動させる場合がある。エンジン２２を車両の移動中に始動させた場合、それによってモータ５４の回転が変動し、回転角信号が振動してしまう。操舵量をこの回転角信号の積算値のみから設定すると、振動発生に伴い、ステアリングホイール４０が動いてしまう可能性がある。
【００３９】
この振動は、基本的に前進側に大きく、後退側に小さい性質があるので、本発明によれば、前進側に発生する大きな振動成分によるステアリングホイール４０の振動を抑制することができるため、運転者が違和感を感ずることなく、安定した駐車支援制御を行うことができる。
【００４０】
以上の説明では、自動操舵機能を有する駐車支援装置における実施例を説明してきたが、自動的に操舵を行う技術だけでなく、運転者に対して適切な操舵量を指示する操舵ガイダンスを行う駐車支援装置でも同様に用いることができる。また、駐車支援装置に限らず、経路に応じた移動を誘導する走行支援装置、レーンキープシステム等にも適用可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、操舵支援中に車両の進行方向が不意に逆転したような場合には、元の経路に戻るまで操舵保持支援を行うため、逆転に伴い、操舵が変動するのを防止し、運転者が違和感を感ずることのない操舵支援を行うとともに、車両を確実に経路に沿って誘導することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る走行支援装置の実施形態である駐車支援装置のブロック構成図である。
【図２】図１の装置により車庫入れの支援動作を行う際の走行軌跡を説明する図である。
【図３】図２の支援動作のフローチャートである。
【図４】図３の制御における設定走行軌跡（経路）を説明するグラフである。
【図５】図２の制御における操舵角設定処理の詳細を示すフローチャートである。
【図６】図１の装置を搭載したハイブリッド車両の主要部の概略構成図である。
【符号の説明】
１…駐車支援ＥＣＵ、１０…走行制御部、１１…操舵制御部、１２…シフトセンサ、１３…モニタ、１４…スピーカー、１５…後方カメラ、１６…入力手段、２１…エンジンＥＣＵ、２２…エンジン、３１…ブレーキＥＣＵ、３２…車輪速センサ、３３…加速度センサ、３４…アクチュエータ、３５…マスタシリンダ、３６…油圧センサ、３７…ブレーキペダル、３８…ホイルシリンダ、４０…ステアリングホイール、４１…ステアリングギヤ、４２…駆動モータ、４３…変位センサ、５…車両、６１、６２…他車、１００…駐車支援装置、１１０…走行制御装置、１２０…自動操舵装置。

Claims (2)

1. 目標位置へ至る軌跡を、走行距離と目標操舵角とを対応づけることにより設定し、走行距離に応じて該目標操舵角が得られるよう操舵を支援することにより設定された軌跡上に車両を誘導する車両用走行支援装置において、
   車両の設定進行方向に対する走行距離を、前記設定進行方向を正の値とし前記設定進行方向の逆方向を負の値として積算する走行距離積算手段と、
   積算した走行距離の最大値を検出する最大値検出手段と、を備え、
   算定した最大値に基づいて設定した目標操舵角により操舵支援を行うことを特徴とする車両用走行支援装置。
2. 前記車両は、原動機として駆動輪に接続されている電動機を備え、前記走行距離積算手段は、前記電動機の回転角を基にして走行距離の積算を行うことを特徴とする請求項１記載の車両用走行支援装置。

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