JP4639450B2 - 車両の前後輪舵角制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の前後輪舵角制御装置に係り、特に車両周囲の障害物を検出して接触を回避できる車両の前後輪舵角制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両周囲の障害物を検出して運転者の操舵を補助する従来技術として、特開平10−230862号公報に示されるような車両用駐車補助装置がある。これは、駐車可能な領域と障害物となる駐車車両を検出し、駐車可能領域までの目標経路を直進状態や最小回転半径での旋回状態などの組み合わせによって車両上のある点の経路として算出し、これらの運転パターンを運転者に指示するもので、目標経路に対して実際の経路が誤差を生じた場合には前輪舵角や後輪舵角の補正、或いは駆動力の補正を行なうものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術においては、指示した運転パターンに対して運転者の操作が大きく異なってしまった場合には目標経路から大きくはずれてしまうので、障害物に接触することなく所期の目標経路に追従することが保証されないという問題点がある。
【0004】
本発明はこのような問題点に着目し、運転者の実際のステアリング操作に対して車両軌跡として車両の通過する範囲を予測し、車両周囲の障害物に接触しないように走行することが可能な前後輪舵角制御装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項1記載の発明は、前後輪の舵角をそれぞれ独立に制御する装置を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、ステアリング操作量に基づいて、車両の目標回転半径を算出する目標回転半径算出手段と、車両周囲の障害物の位置を検出する障害物位置検出手段と、目標回転半径を実現するための前後輪舵角に対して、車両の通過する範囲を車両の軌跡として予測する車両軌跡予測手段と、検出した障害物の位置と予測した車両軌跡とに基づいて、目標回転半径を実現し、かつ、車両が障害物に接触することがないような前後輪舵角の集合を算出する前後輪舵角集合算出手段と、この前後輪舵角集合から前後輪舵角の指令値を選択する前後輪舵角指令値算出手段と、を備えたことを要旨とする。
【0006】
上記課題を解決するため請求項2記載の発明は、前後輪の舵角をそれぞれ独立に制御する装置を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、ステアリング操作量に基づいて、車両の目標回転半径を算出する目標回転半径算出手段と、車両周囲の障害物の位置を検出する障害物位置検出手段と、目標回転半径を実現するための回転中心位置に対して、車両の通過する範囲を車両の軌跡として予測する車両軌跡予測手段と、検出した障害物の位置と予測した車両軌跡とに基づいて、目標回転半径を実現し、かつ、車両が障害物に接触することがないような回転中心位置の集合を算出する回転中心位置集合算出手段と、回転中心位置集合から目標回転中心位置を選択する目標回転中心位置選択手段と、目標回転中心位置に基づいて、前後輪舵角の指令値を算出する前後輪舵角指令値算出手段と、を備えたことを要旨とする。
【0007】
上記課題を解決するため請求項3記載の発明は、請求項1記載の車両の前後輪舵角制御装置において、前後輪舵角集合算出手段は、車両軌跡予測手段において車両の旋回内側にある障害物と車両が接触することが予測された場合には、目標回転半径を実現させるための前後輪舵角の組み合わせのうち後輪舵角の絶対値を大きくさせた前後輪舵角の組み合わせに対して、車両軌跡予測手段において障害物との接触の有無を判断し、一方、車両の旋回外側にある障害物と車両が接触することが予測された場合には、目標回転半径を実現させるための前後輪舵角の組み合わせのうち前輪舵角の絶対値を大きくさせた前後輪舵角の組み合わせに対して、車両軌跡予測手段において障害物との接触の有無を判断して、車両が障害物と接触することがないような前後輪舵角の集合を算出することを要旨とする。
【0008】
上記課題を解決するため請求項4記載の発明は、請求項2記載の車両の前後輪舵角制御装置において、回転中心位置集合算出手段は、車両軌跡予測手段において車両の旋回内側にある障害物と車両が接触することが予測された場合には、回転中心位置を車両進行方向に対して前方方向へ移動させて車両軌跡予測手段において障害物との接触の有無を判断し、一方、車両の旋回外側にある障害物と車両が接触することが予測された場合には、回転中心位置を車両進行方向に対して後方方向へ移動させて車両軌跡予測手段において障害物との接触の有無を判断して、車両が障害物と接触することがないような回転中心位置の集合を算出することを要旨とする。
【0009】
上記課題を解決するため請求項5記載の発明は、請求項2記載の車両の前後輪舵角制御装置において、目標回転中心位置選択手段は、車両の旋回内側にある障害物と車両の中心線との距離が最も近くなるような障害物の位置を通り、車両の中心線と垂直な直線上に、回転中心位置集合算出手段が算出した回転中心位置が存在すれば、この回転中心位置を目標回転中心位置として選択することを要旨とする。
【0010】
上記課題を解決するため請求項6記載の発明は、請求項2記載の車両の前後輪舵角制御装置において、目標回転中心位置選択手段は、回転中心位置集合から、車両の前輪車軸と後輪車軸から等距離にある点からなる直線との距離が最小となるような回転中心位置を選択することを要旨とする。
【0011】
上記課題を解決するため請求項7記載の発明は、請求項1記載の車両の前後輪舵角制御装置において、前後輪舵角指令値算出手段は、前後輪舵角集合から、前輪舵角の絶対値と後輪舵角の絶対値との差が最小となるような前後輪舵角の組み合わせを選択することを要旨とする。
【0012】
上記課題を解決するため請求項8記載の発明は、請求項1または請求項2記載の車両の前後輪舵角制御装置において、車両軌跡予測手段は、ある回転中心位置に対する旋回内側の車両軌跡の予測を、車両外周上に存在する点のうちその回転中心位置との距離が最小となる点の軌跡を算出することによって行なうことを要旨とする。
【0013】
上記課題を解決するため請求項9記載の発明は、請求項1、請求項2、請求項8のいずれか1項記載の車両の前後輪舵角制御装置において、車両軌跡予測手段は、回転中心と車両外周上に存在する点を結んだ線分を半径とした円弧をその車両外周上の点の軌跡とし、車両外周上に存在する複数の点に対する円弧に基づいて車両軌跡を予測することを要旨とする。
【0014】
上記課題を解決するため請求項10記載の発明は、請求項1、請求項2、請求項8、請求項9のいずれか1項記載の車両の前後輪舵角制御装置において、車両軌跡予測手段は、回転中心と車両外周上に存在する点を結んだ線分を半径とした円の方程式と、検出した障害物の位置を示す座標とに基づいて、車両と障害物が接触するか否かを判断することを要旨とする。
【0015】
上記課題を解決するため請求項11記載の発明は、請求項2、4、5、6のいずれか1項に記載の車両の前後輪舵角制御装置において、障害物位置検出手段、及び、車両軌跡予測手段、及び、目標回転中心位置選択手段は、車両に固定された座標系を用いて障害物位置の座標、車両軌跡、目標回転中心位置の座標をそれぞれ算出することを要旨とする。
【0016】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、前後輪の舵角をそれぞれ独立に制御する装置を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、ステアリング操作量に基づいて目標回転半径を算出する一方、車両周囲の障害物を検出し、前記目標回転半径を実現する前後輪舵角に対して車両の軌跡を予測することによって障害物に接触することがないような前後輪舵角の集合或いは範囲を算出し、この前後輪舵角の集合から前後輪舵角の指令値を選択するので、ステアリング操作量によって示された運転者が所望する回転半径を実現しながら、車両周囲の障害物を回避できるように車両軌跡を補正することができるという効果がある。
【0017】
請求項2記載の発明によれば、ステアリング操作量に基づいて目標回転半径を算出する一方、車両の周囲の障害物を検出し、前記目標回転半径を実現する回転中心位置に基づいて車両の軌跡を予測し、障害物に接触しないような回転中心位置の集合或いは範囲を算出し、この回転中心位置の集合から目標回転中心位置を選択し、その目標回転中心位置を実現するように前後輪舵角指令値を算出するので、目標回転中心位置という車両軌跡の予測や前後輪舵角指令値の補正を行なうのに見通しの良いパラメータを用いることによって演算を簡素化することが可能であり、また、ステアリング操作量により指示された回転半径を実現しながら車両周囲の障害物を回避するように車両軌跡を補正することができるという効果がある。
【0018】
請求項3記載の発明によれば、車両の旋回内側にある障害物と車両が接触することが予測された場合には後輪舵角の絶対値を大きくさせるので、車両重心点の速度が旋回外側方向へ変化し、車両の軌跡が旋回外側へ変化する。一方、車両の旋回外側にある障害物と車両が接触することが予測された場合には前輪舵角の絶対値を大きくさせるので、車両重心点の速度が旋回内側方向へ変化し、旋回外側の車両の張り出し量が減少する。したがって、このように前後輪舵角を変化させることによって、旋回内側及び外側にある障害物を回避できる前後輪舵角の集合を算出することができるという効果がある。
【0019】
請求項4記載の発明によれば、車両の旋回内側にある障害物と車両が接触することが予測された場合には回転中心位置を車両進行方向に対して前方方向へ移動させるので、車両重心点の速度が旋回外側方向へ変化し、車両の軌跡が旋回外側へ変化する。一方、車両の旋回外側にある障害物と車両が接触することが予測された場合には回転中心位置を車両進行方向に対して後方方向へ移動させるので、車両重心点の速度が回転内側方向へ変化し、旋回外側の車両の張り出し量が減少する。従って、このように回転中心位置を前後方向へ移動させることによって、旋回内側及び外側にある障害物に接触しないような回転中心位置の集合を算出することができるという効果がある。
【0020】
請求項5記載の発明によれば、車両の旋回内側にある障害物が車両中心線に最も近くなる点を通り、車両中心線と垂直な線上に、回転中心位置集合算出手段が算出した回転中心位置が存在すれば、この回転中心位置を目標回転中心位置として選択するので、車両中心線に最も近いところにある旋回内側の障害物から遠ざかるような車両の軌跡を描き、旋回内側の障害物との接触を回避することができるという効果がある。
【0021】
請求項6記載の発明によれば、車両の前輪車軸と後輪車軸の中央の点を通り車両の中心線と垂直な直線との距離が最小となるような回転中心位置を選択するので、障害物に接触する可能性が無い場合には車両の横滑り角がほぼ0となる状態で旋回することができ、また、別の障害物に接触する可能性がある状況となった場合においても回転中心位置の変化量を小さくすることができるという効果がある。
【0022】
請求項7記載の発明によれば、前輪舵角の絶対値と後輪舵角の絶対値との差が最小となるような前後輪舵角の組み合わせを選択するので、障害物に接触する可能性が無い場合には車両の横滑り角がほぼ0となる状態で旋回することができ、また、別の障害物に接触する可能性がある状況となった場合においても前後輪舵角の変化量を小さくすることができるという効果がある。
【0023】
請求項8記載の発明によれば、ある回転中心位置における旋回内側の車両軌跡の予測を、車両外周上に存在する点のうちその回転中心位置との距離が最小となる点の軌跡を算出することによって行なうので、車両周囲上の1点の軌跡を演算することによって旋回中に最も内側を通る車両軌跡を演算することができ、演算量を軽減することができるという効果がある。
【0024】
請求項9記載の発明によれば、回転中心と車両外周上に存在する点を結んだ線分を半径とした円を車両軌跡として算出するので、円の中心と半径に基づいた幾何学的な演算によって容易に車両軌跡の予測ができるという効果がある。
【0025】
請求項10記載の発明によれば、回転中心と車両外周上に存在する点を結んだ線分を半径とした円弧の方程式と、車両周囲の障害物の位置を示す座標とに基づいて、障害物の位置が円の内部にあるか外部にあるかを演算し、車両と障害物が接触するか否かを判断するので容易に車両と障害物が接触するか否かを判断することができるという効果がある。
【0026】
請求項11記載の発明によれば、車両に固定された座標系を用いて障害物の位置を検出、及び、車両軌跡の算出、及び、目標回転中心の位置の算出を行なうので、対地座標によって座標の算出を行なう場合に必要な自車両の重心位置の移動量の演算やヨーレートの積分演算等を行なう必要がないため、演算量を軽減することができるという効果がある。
【0027】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係る前後輪舵角制御装置の一実施形態を採用した車両の構成を示した図である。図1において、車両21には運転者によって操作されるステアリングホイール3が設けられ、このステアリングホイール3の操舵角が操舵角センサ4によって検出される。この操舵角センサ4は、例えばエンコーダ式のセンサによって、ステアリングホイール3と接続されたコラムシャフト(不図示)の回転量を検出し、この回転量からステアリングホイール3の操舵角を検出し、後述の前後輪舵角制御装置22へと出力する。
【0028】
このステアリングホイール3の操舵角に基づいて、前後輪操舵角制御装置22は前輪舵角、後輪舵角の指令値をそれぞれ演算し、これらの前輪舵角指令値および後輪舵角指令値をそれぞれ、駆動回路23へ出力する。
【0029】
駆動回路23に出力された前輪舵角指令値および後輪舵角指令値に基づいて、前輪操舵アクチュエータ5および後輪操舵アクチュエータ7が、それぞれ例えばDCモータや誘導モータ等でステアリングシャフトを駆動することによって、前輪1及び後輪2が操舵される。
【0030】
また6は前輪の実際の舵角を検出する舵角センサ、8は後輪の実際の舵角を検出する舵角センサであり、例えばエンコーダ式のセンサによってステアリングシャフトの回転量を検出することで、実際の前輪および後輪の舵角を検出し、この検出値を前後輪操舵角制御装置22へと出力する。
【0031】
前後輪操舵角制御装置22では、ステアリングホイール3の操舵角に基づいて演算された前輪舵角指令値及び後輪舵角指令値と、舵角センサ6、8によって検出された実際の舵角とを比較し、指令値を補正するようにしている。
【0032】
また、車両21の速度を検出する車速センサ9が設けられ、例えば、各車輪の車輪速を計測し、前後輪操舵角制御装置22へ出力する。
また、車両周囲の障害物を検出するために、車両前方を監視するステレオカメラ10と、車両後方を監視するステレオカメラ24と、車両側方の障害物を検出するために超音波センサ11〜20が設けられている。
【0033】
前後輪舵角制御装置22は、マイクロコンピュータを中心とした制御回路(ECU)で構成したものであり、外部との情報の入出力や種々の演算を行なう。CPUは演算を実行し、ROMは後述する制御プログラムや各種データ等を記憶している。RAMはプログラム実行中に一時的に情報の記憶を行なう。I/Oインターフェースは外部のセンサ等からの情報の入力や、外部のアクチュエータを駆動するための信号の出力を行なう。
【0034】
図2は、本発明に係る前後輪舵角制御装置の構成を示すブロック図である。図2において、前後輪舵角制御装置22は、ステアリング操作量に基づいて目標の回転半径を算出する目標回転半径算出部201と、車両周囲の障害物の位置を検出する障害物位置検出部202と、車両の通過する範囲を車両軌跡として予測する車両軌跡予測部203と、障害物位置検出部202が検出した障害物位置と車両軌跡予測部203が予測した車両軌跡に基づいて目標回転半径を実現しながら障害物を回避することができる回転中心位置の集合を算出する回転中心位置集合算出部204と、回転中心位置の集合から目標回転中心位置を選択する目標回転中心位置選択部205と、目標回転中心位置に基づいて前輪舵角指令値及び後輪舵角指令値を算出する前後輪舵角指令値算出部206とを備えている。
【0035】
図2の各構成要素、目標回転半径算出部201、障害物位置検出部202、車両軌跡予測部203、回転中心位置集合算出部204、目標回転中心位置選択部205、及び前後輪舵角指令値算出部206は、ハードウェア・ブロックとして構成することもできるが、本実施の形態では、図1の前後輪操舵角制御装置22に、マイクロコンピュータで実行されるプログラムとして構成されている。
【0036】
次に、フローチャート等の図面を参照して、本実施形態のプログラムの動作を説明する。
図7は、本実施形態の動作を説明する概略フローチャートであり、例えば10msec毎に実行される。
まず、ステップ(以下、ステップをSと略す)701においてステアリングホイール3の操舵角δを操舵角センサ4の出力に基づいて検出し、S702において目標回転半径tRを算出し、S703において車両の周囲の障害物を検出し、S704において障害物との接触の予測とその予測結果に基づいた目標回転中心位置の算出を行ない、S705において前記目標回転中心位置に基づいて前輪舵角指令値δf及び後輪操舵指令値δrを算出して処理を終了する。
【0037】
目標回転半径tRの算出を行なうS702における処理を説明する。前記ステアリングホイールの操舵角δと、車速センサ9で検出した車速Vとに基づいて(1)式によって目標回転半径tRの算出を行なう。
【0038】
【数1】
ここで、Aは車両のスタビリティファクタ、Lはホイールベース、Nはステアリングギア比に相当するものであり、また、操舵角δの絶対値が、例えば5[deg](0.0873[rad])より小さい場合には(1)式の演算は行なわず、直進操作(前輪舵角、後輪舵角ともに0[deg]。)を行なう。
【0039】
また、δはステアリング中立位置から左方向へのステアリング操作時に正、右方向へのステアリング操作時に負となるような符号付数値とし、従って、目標回転半径tRも計算上は、左方向への旋回時に正、右方向への旋回時に負となる。
【0040】
それから、(1)式で算出した目標回転半径に対して所定の係数を乗算して目標回転半径tRを算出してもよいし、(1)式のような演算式ではなく、ステアリングホイールの操舵角δと車速Vとに基づいて予め定めたマップデータを参照することによって目標回転半径tRの算出を行なってもよい。すなわち、ステアリングホイールの操舵角δに対して目標回転半径tRが所望の特性をもつように構成してよい。
【0041】
次いで、車両の周囲の障害物の検出を行なうS703における処理を説明する。ここでは、超音波センサ11〜20及びステレオカメラ10,24の出力に基づいて、図3に示すように車両に固定された座標系を用いて、車両の左側の障害物の座標(XAn,YALn)及び右側障害物の座標(XAn,YARn)を算出する。
【0042】
本実施形態ではx軸方向に左右15点ずつの座標で障害物の検出を行なっており、車両側方のx座標XA5〜XA9における障害物の検出は超音波センサ11〜20で行ない、車両後方のx座標XA1〜XA4における障害物の検出はステレオカメラ24で行ない、車両前方のx座標XA10〜XA15における障害物の検出はステレオカメラ10で行なう。
【0043】
次に、障害物との接触予測及び目標回転中心位置の算出を行なうS704における処理の詳細を図8に示すフローチャートを用いて説明する。
【0044】
S801において目標回転半径tRを読み込み、S802において暫定的な目標回転中心位置(Xc0,Yc0)を算出する。ここでは、例えば、目標回転中心位置のx座標を前輪車輪と後輪車輪の中央となるように(2)式のように算出する。尚、ここで、Lf,Lrは図5に示すように、それぞれ重心前輪車軸間距離、重心後輪車軸間距離である。
【0045】
【数2】
Xc0=Lf−Lr …(2)
このもとに、目標回転中心位置のy座標を(3),(4)式より算出する。
【0046】
【数3】
Yc0=√(tR2−Xc02) (tR>0) …(3)
Yc0=−√(tR2−Xc02) (tR<0) …(4)
【0047】
次いで、S803において旋回内側の障害物との接触の予測を行なう。ここでの処理の詳細な説明は後述する。そして、S804において旋回内側の障害物との接触の有無を判断した結果を示すフラグFLAG1を確認し、接触すると判断(FLAG=1)された場合にはS810〜S814の処理を行なう。
【0048】
S810では旋回内側の障害物との接触予測によって目標回転中心位置を変更した履歴のあることを示すフラグFLAG3を1とする。
【0049】
そして、S811において、旋回外側の障害物との接触予測によって目標回転中心位置を変更した履歴のあることを示すフラグFLAG4を確認し、外側接触による目標回転中心位置の変更履歴がある場合(FLAG4=1)、すなわち、目標回転中心位置を変更しても旋回内側或いは外側の障害物に接触してしまうと予測された場合S812に進み、接触警報を行なう。これはブザーによる警報や音声による警報、或いは、ディスプレー表示による警報を行なう。そして、S813において暫定的な目標回転中心位置(Xc0,Yc0)を目標回転中心位置としてS809へ進む。
【0050】
一方、S811において、外側接触による目標回転中心位置の変更履歴がない場合(FLAG4=0)には、暫定的な目標回転中心位置のx座標Xc0を車両進行方向に対して前方方向へ移動し、このもとに(3),(4)式によってy座標の算出を行なう。そして再びS803に進み、旋回内側の障害物との接触の予測を行なう。
【0051】
S804において内側障害物と接触しないと判断(FLAG1=0)された場合にはS805に進み、旋回外側の障害物との接触の予測を行なう。ここでの処理の詳細な説明は後述する。そして、S806において旋回外側の障害物との接触予測判断結果を示すフラグFLAG2を確認し、接触すると判断(FLAG2=1)された場合にはS815〜S819の処理を行なう。
【0052】
S815では旋回外側の障害物との接触予測によって目標回転中心位置を変更した履歴のあることを示すフラグFLAG4を1とする。
【0053】
そして、S816において、旋回内側の障害物との接触予測によって目標回転中心位置を変更した履歴のあることを示すフラグFLAG3を確認し、内側接触による目標回転中心位置の変更履歴がある場合(FLAG3=1)、すなわち、目標回転中心位置を変更しても旋回内側或いは外側の障害物に接触してしまうと予測された場合にはS817に進み、接触警報を行なう。そして、S818において暫定的な目標回転中心位置(Xc0,Yc0)を目標回転中心位置としてS809へ進む。
【0054】
一方、S816において、内側接触による目標回転中心位置の変更履歴がない場合(FLAG3=0)には、暫定的な目標回転中心位置のx座標Xc0を車両進行方向に対して後方方向へ移動し、このもとに(3),(4)式によってy座標の算出を行なう。そして再びS803に進み、旋回内側の障害物との接触の予測を行なう。
【0055】
S806において外側障害物と接触しないと判断(FLAG2=0)された場合にはS807に進み、FLAG3=0かつFLAG4=0、すなわち、旋回内側及び外側の障害物との接触によって目標回転中心位置を変更した履歴が無い場合にはS808に進み、暫定的な目標回転中心位置(Xc0,Yc0)を目標回転中心位置(Xc,Yc)とする。
【0056】
一方、S807においてFLAG3=0かつFLAG4=0でない場合、すなわち、旋回内側或いは外側の障害物との接触によって目標回転中心位置を変更した履歴がある場合にはS809に進み、FLAG3=0,FLAG4=0として処理を終了する。
【0057】
このように、回転中心位置を変更した場合に車両軌跡がどのように変化するかを図6を用いて説明する。ここでは、回転中心位置A〜Cの3点を比較するが、この3点はいずれも車両重心点までの距離が等しく、車両の回転半径は等しいと考えられる。回転中心位置をAとした場合は車両内側が障害物に接触してしまうので、回転中心位置を前方のBやCとすることによって車両内側は障害物に接触しなくなる。ところが、回転中心位置がCの場合は車両外側が障害物に接触してしまうので、回転中心位置はひとつ後方のBが適当であることがわかる。
【0058】
旋回内側の障害物との接触の予測を行なうS803における処理を図9に示すフローチャートによって説明する。ここでは、左まわり方向へ旋回を前提に説明する。
【0059】
まず、S901において旋回内側の障害物との接触予測判断結果を示すフラグFLAG1を0とし、S902においてk=1とする。ここで、kは車両外周上の点の位置を示すものであり、図4に示すように左側、右側それぞれ5点の車両外周上の点に注目し、これらの点の軌跡を予測して障害物との接触の有無を判断することを行なう。
【0060】
S903においてr2の値を(5)式によって算出する。
【0061】
【数4】
r2=(XBk−Xc0)2+(YBLk−Yc0)2 …(5)
これは、暫定的な目標回転中心位置と車両周囲上の点を結んだ線分を半径とした円の方程式である。
【0062】
次に、S904において前進中か後退中であるかを確認する。これはシフトレンジによって確認することができる。S904において前進中である場合にはS905〜S910の処理を行なう。S906ではn=5とする。ここで、nは図3に示すように障害物の座標を示すものであり、左側、右側それぞれ15点ずつの座標によって障害物の位置を示すものである。
【0063】
S906及びS907ではr2と(XAn−Xc0)2+(YALn−Yc0)2の大小を比較する。すなわち、内側の障害物が(5)式であらわされる車両軌跡(円周)の内部にあるか外部にあるかを確認して障害物との接触を予測する。r2の方が大きい場合、すなわち、障害物が車両軌跡の内側にあって接触の可能性がないと判断された場合にはS908に進み、nの値をインクリメントしてS910においてn=15となるまで再びS906に進む。
【0064】
一方、S907においてr2の方が小さい場合、すなわち、障害物が車両軌跡の外側にあって接触の可能性があると判断された場合には、S909に進みFLAG1=1として、S911へ進む。
【0065】
また、S904において後退中である場合にはS913〜S918の処理を行なう。S913ではn=9とする。S914及びS915ではr2と(XAn−Xc0)2+(YALn−Yc0)2の大小を比較する。すなわち、内側の障害物が(5)式であらわされる車両軌跡(円周)の内部にあるか外部にあるかを確認して障害物との接触を予測する。r2の方が大きい場合、すなわち、障害物が車両軌跡の内側にあって接触の可能性がないと判断された場合にはS916に進み、nの値をデクリメントしてS918においてn=0となるまで再びS914に進む。
【0066】
一方、S915においてr2の方が小さい場合、すなわち、障害物が車両軌跡の外側にあって接触の可能性があると判断された場合には、S917に進みFLAG1=1として、S911へ進む。
【0067】
S911においては、kの値をインクリメントしてS912においてk=5となるまで再びS903に進み、旋回内側の車両周囲上の点すべての軌跡について障害物との接触の有無を確認する。
【0068】
このフローチャートでは、旋回内側の車両周囲上にある5点の軌跡を算出することによって障害物との接触の有無を判断したが、回転中心位置との距離が最小となる旋回内側の車両周囲上にある点の軌跡をもって障害物との接触の有無を判断をしてもよい。
【0069】
旋回外側の障害物との接触の予測を行なうS805における処理を図10に示すフローチャートによって説明する。ここでは、左まわり方向へ旋回を前提に説明する。ここでの処理は前述の旋回内側の障害物との接触の予測を行なうS803での処理を示す図9のフローチャートに対して、扱う障害物の座標を車両右側の障害物に置き換え、車両周囲上の点を車両右側の障害物に置き換え、さらに、接触の有無判断をr2の方が小さい場合には障害物が車両軌跡の外側にあるので接触の可能性がないと判断するように置き換えればよい。
【0070】
目標回転中心位置に基づいて前輪舵角指令値δf及び後輪舵角指令値δrの算出を行うS705における処理を説明する。
【0071】
ここでは、低車速域を考えて前後輪舵角と回転中心位置の幾何学的な関係から前後輪舵角指令値の算出を行なう方法を説明する。尚、中高速域においては車輪の横滑りが発生するために幾何学的な関係があてはまらないので、車速に基づいて補正することが必要となる。
【0072】
図4に示すように車体固定座標系の原点を車両の重心点とし、車体固定座標系の回転中心を(Xc,Yc)とすれば、まずXcは、
【数5】
となる。
【0073】
一方、Ycは目標回転半径tRが正の値のとき、すなわち、左回りであるときには、
【数6】
となり、目標回転半径tRが負の値のとき、すなわち、右回りであるときには、
【数7】
となる。尚、ここでLf,Lr,Ltは図5に示すように、それぞれ重心前輪車軸間距離、重心後輪車軸間距離、トレッドベースの1/2である。
【0074】
一方、目標回転半径tRと(Xc,Yc)の関係は
【数8】
Yc=√(tR2−Xc2) (R>0) …(9)
Yc=−√(tR2−Xc2) (R<0) …(10)
となる。
【0075】
以上の関係から前輪舵角指令値δfと後輪舵角指令値δrを求めると、
【数9】
となるので、(11)〜(14)式を用いて、目標回転半径tRと目標回転中心位置Xcとに基づいて前後輪舵角の指令値を算出する。また、演算式によらず、目標回転半径tRと目標回転中心位置Xcとに基づいて予め算出したデータをマップデータとして記憶し、前後輪舵角の指令値を算出してもよい。
【0076】
また、前後輪舵角に基づいて回転中心位置を演算し、その回転中心位置を用いて前後輪舵角を決定してもよい。
【0077】
また、前後輪舵角に基づいて回転中心位置を演算した上で、障害物との接触予測を、車両の旋回内側にある障害物と車両が接触することが予測された場合には、後輪舵角の絶対値を大きくさせた前後輪舵角の組み合わせに対して障害物との接触の有無を判断し、一方、車両の旋回外側にある障害物と車両が接触することが予測された場合には、前輪舵角の絶対値を大きくさせた前後輪舵角の組み合わせに対して障害物との接触の有無を判断することによって行なってもよい。
【0078】
また、図3において、車両の旋回内側にある障害物が車両中心線に最も近くなる点、すなわち、目標回転中心位置のx座標をXA13としてもよい。
【0079】
また、障害物と接触しないような前後輪舵角の集合から、前後輪舵角の絶対値の差が最小となるような前後輪舵角の組み合わせを選択してもよい。
【0080】
また、ある回転中心位置に対して、車両外周上に存在する点のうちその回転中心位置との距離が最小となる点を算出し、その点の軌跡を算出することによって旋回内側の車両軌跡の予測を行なってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る車両の前後輪舵角制御装置を適用した車両の構成を示すシステム構成図である。
【図2】本発明に係る車両の前後輪舵角制御装置の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図3】車両に固定された座標系における障害物の座標を説明する図である。
【図4】車両外周上の点の座標を説明する図である。
【図5】車両パラメータを説明する図である。
【図6】回転中心位置と車両の軌跡を説明する図である。
【図7】本発明の実施形態の動作を説明する概略フローチャートである。
【図8】実施形態における障害物接触予測及び目標回転中心位置算出動作を説明する詳細フローチャートである。
【図9】実施形態における旋回内側の障害物との接触予測動作を説明する詳細フローチャートである。
【図10】実施形態における旋回外側の障害物との接触予測動作を説明する詳細フローチャートである。
【符号の説明】
1 前輪
2 後輪
3 ステアリングホイール
4 操舵角センサ
5 前輪操舵アクチュエータ
6 舵角センサ
7 後輪操舵アクチュエータ
8 舵角センサ
9 車速センサ
10 ステレオカメラ
11〜20 超音波センサ
21 車両
22 前後輪舵角制御装置
23 駆動回路
24 ステレオカメラ
201 目標回転半径算出部
202 障害物位置検出部
203 車両軌跡予測部
204 回転中心位置集合算出部
205 目標回転中心位置選択部
206 前後輪舵角指令値算出部
Claims (11)
- 前後輪の舵角をそれぞれ独立に制御する装置を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、
ステアリング操作量に基づいて、車両の目標回転半径を算出する目標回転半径算出手段と、
車両周囲の障害物の位置を検出する障害物位置検出手段と、
前記目標回転半径を実現するための前後輪舵角に対して、車両の通過する範囲を車両の軌跡として予測する車両軌跡予測手段と、
前記検出した障害物の位置と前記予測した車両軌跡とに基づいて、前記目標回転半径を実現し、かつ、車両が前記障害物に接触することがないような前後輪舵角の集合を算出する前後輪舵角集合算出手段と、
前記前後輪舵角集合から前後輪舵角の指令値を選択する前後輪舵角指令値算出手段と、
を備えたことを特徴とする車両の前後輪舵角制御装置。 - 前後輪の舵角をそれぞれ独立に制御する装置を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、
ステアリング操作量に基づいて、車両の目標回転半径を算出する目標回転半径算出手段と、
車両周囲の障害物の位置を検出する障害物位置検出手段と、
前記目標回転半径を実現するための回転中心位置に対して、車両の通過する範囲を車両の軌跡として予測する車両軌跡予測手段と、
前記検出した障害物の位置と前記予測した車両軌跡とに基づいて、前記目標回転半径を実現し、かつ、車両が前記障害物に接触することがないような回転中心位置の集合を算出する回転中心位置集合算出手段と、
前記回転中心位置集合から目標回転中心位置を選択する目標回転中心位置選択手段と、
前記目標回転中心位置に基づいて、前後輪舵角の指令値を算出する前後輪舵角指令値算出手段と、
を備えたことを特徴とする車両の前後輪舵角制御装置。 - 前記前後輪舵角集合算出手段は、
前記車両軌跡予測手段において車両の旋回内側にある障害物と車両が接触することが予測された場合には、前記目標回転半径を実現させるための前後輪舵角の組み合わせのうち後輪舵角の絶対値を大きくさせた前後輪舵角の組み合わせに対して、前記車両軌跡予測手段において障害物との接触の有無を判断し、
一方、車両の旋回外側にある障害物と車両が接触することが予測された場合には、前記目標回転半径を実現させるための前後輪舵角の組み合わせのうち前輪舵角の絶対値を大きくさせた前後輪舵角の組み合わせに対して、前記車両軌跡予測手段において障害物との接触の有無を判断して、車両が障害物と接触することがないような前後輪舵角の集合を算出することを特徴とする請求項1記載の車両の前後輪舵角制御装置。 - 前記回転中心位置集合算出手段は、
前記車両軌跡予測手段において車両の旋回内側にある障害物と車両が接触することが予測された場合には、回転中心位置を車両進行方向に対して前方方向へ移動させて前記車両軌跡予測手段において障害物との接触の有無を判断し、
一方、車両の旋回外側にある障害物と車両が接触することが予測された場合には、回転中心位置を車両進行方向に対して後方方向へ移動させて前記車両軌跡予測手段において障害物との接触の有無を判断して、車両が障害物と接触することがないような回転中心位置の集合を算出することを特徴とする請求項2記載の車両の前後輪舵角制御装置。 - 前記目標回転中心位置選択手段は、
車両の旋回内側にある障害物と車両の中心線との距離が最も近くなるような障害物の位置を通り、車両の中心線と垂直な直線上に、前記回転中心位置集合算出手段が算出した回転中心位置が存在すれば、該回転中心位置を前記目標回転中心位置として選択することを特徴とする請求項2記載の車両の前後輪舵角制御装置。 - 前記目標回転中心位置選択手段は、
前記回転中心位置集合から、車両の前輪車軸と後輪車軸から等距離にある点からなる直線との距離が最小となるような回転中心位置を選択することを特徴とする請求項2記載の車両の前後輪舵角制御装置。 - 前記前後輪舵角指令値算出手段は、
前記前後輪舵角集合から、前輪舵角の絶対値と後輪舵角の絶対値との差が最小となるような前後輪舵角の組み合わせを選択することを特徴とする請求項1記載の車両の前後輪舵角制御装置。 - 前記車両軌跡予測手段は、
ある回転中心位置に対する旋回内側の車両軌跡の予測を、車両外周上に存在する点のうちその回転中心位置との距離が最小となる点の軌跡を算出することによって行なうことを特徴とする請求項1または請求項2記載の車両の前後輪舵角制御装置。 - 前記車両軌跡予測手段は、
回転中心と車両外周上に存在する点を結んだ線分を半径とした円弧をその車両外周上の点の軌跡とし、車両外周上に存在する複数の点に対する円弧に基づいて車両軌跡を予測することを特徴とする請求項1、請求項2、請求項8のいずれか1項記載の車両の前後輪舵角制御装置。 - 前記車両軌跡予測手段は、
回転中心と車両外周上に存在する点を結んだ線分を半径とした円の方程式と、前記検出した障害物の位置を示す座標とに基づいて、車両と障害物が接触するか否かを判断することを特徴とする請求項1、請求項2、請求項8、請求項9のいずれか1項記載の車両の前後輪舵角制御装置。 - 前記障害物位置検出手段、及び、前記車両軌跡予測手段、及び、前記目標回転中心位置選択手段は、車両に固定された座標系を用いて障害物位置の座標、車両軌跡、目標回転中心位置の座標をそれぞれ算出することを特徴とする請求項2、4、5、6のいずれか1項に記載の車両の前後輪舵角制御装置。
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