JPH052422A

JPH052422A - 車両用誘導駐車装置

Info

Publication number: JPH052422A
Application number: JP3153560A
Authority: JP
Inventors: Akira Ohata; 明大畠; Mitsuji Mihira; 満司三平
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1993-01-08
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: JP3189299B2

Abstract

(57)【要約】【目的】車庫などの駐車区画に対する車両の位置及び姿
勢角によらず確実に車両を誘導して自動駐車させる。【構成】車両に設けられた位置センサ等の検出手段１に
より車両の車庫に対する位置（ｘ，ｙ）及び姿勢角θを
検出する。設定手段２はガイドラインに対する姿勢角が
９０度未満となるように漸次ガイドラインを設定する。
初期姿勢角θが大なる場合、進行方向と平行に設定し、
漸次ガイドラインを回転させて最終的に車庫の中心を通
る直線に一致させ、に基づき演算手段３が操舵角αを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両用誘導駐車装置、特
に現代制御理論に基づく車両用誘導駐車装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車を自動操縦によって所
定位置に駐車させるための自動駐車システムが知られて
いる。この自動駐車システムにおいて用いられる駐車方
法としては予め走行経路を設定しこの設定された走行経
路どおりに車両を誘導する固定経路誘導方式と、駐車開
始時の車両の座標及び方位と駐車完了時の車両の座標及
び方位とから必要な操舵角を求めこれに基づいて車両の
誘導を行う地点間誘導方式等が知られている。

【０００３】しかし、これら２方式を単独で用いたので
は駐車開始時の初期位置及び方位に運転者が車両を運転
していかなければならない問題や途中の障害物が考慮に
入っていないため車両が例えば壁などに接触してしまう
問題があった。

【０００４】そこで、例えば実開昭６０−１６２０６号
公報に開示された自動駐車装置のようにこれら２方式を
組合せ、駐車開始位置までは地点間誘導方式により誘導
し、駐車開始位置から駐車完了位置までは固定経路誘導
方式により誘導することが提案されている。

【０００５】一方、このような方式を用いず、現代制御
理論を車両の軌道追従制御に用いて自動駐車を行う試み
が提案されている。

【０００６】周知のごとく、現代制御理論においては、
あるシステムを安定に制御する際出力値と目標値との偏
差に応じて入力値を変更する古典制御と異なり、システ
ムの状態変数を制御に使用することを特徴としており、
例えばｍ入力、ｐ出力、ｎ次元（状態変数ｎ）のシステ
ムを考えると、このシステムの状態は一般にｘを状態変
数，ｕを入力，ｙを出力とすると、ｄｘ／ｄｔ＝Ａｘ＋Ｂｕ・・・（１）ｙ＝Ｃｘ・・・（２）と表すことができる。但し、ｕ，ｘ，ｙ，Ａ，Ｂ，Ｃは
それぞれ図１１に示すようなマトリクスで表現される。
すなわち、現在の状態と入力値から状態変化が定まり、
現在の状態から出力が定まるモデルである。

【０００７】そして、このようなシステムを安定化させ
るための手法として２次形式評価関数を最小にするレギ
ュレータ手法が知られており、この手法においては評価
関数

【０００８】

【数１】

【０００９】を最小にする解がｕ＝Ｆｘなるフィードバ
ック関数となることが知られている。但し、Ｆはあるマ
トリクスであり、これらの式を用いてシステムを目標の
状態に制御するのである。

【００１０】発明者等は先にこのような現代制御を用い
て三輪車両の軌道追従制御を行うことを提案している
（第３０回自動制御連合講演会）。すなわち、図１０に
示すように駐車完了位置を（０，０）とし、駐車区画の
ほぼ中心を通る直線をＸ軸とし、Ｘ軸に垂直な方向をＹ
軸とする座標系Ｘ−Ｙにおける車両位置を（ｘ，ｙ）、
軌道上の走行距離をｚ、目標とするガイドラインをＸ軸
とした場合、車輪が滑らない条件下では車両の軌道はｄθ／ｄｚ＝１／Ｌ・ｔａｎ（α）ｄｙ／ｄｚ＝ｓｉｎ（θ）・・・（３）で表される。但し、Ｌは車両のホイールベース、θはＸ
軸に対する車両１０の姿勢角、αは車両１０の操舵角で
ある。ｄｚ／ｄｘ＝１／ｃｏｓ（θ）であるから、ｄθ／ｄｘ＝１／Ｌｃｏｓ（θ）・ｔａｎ（α）ｄｙ／ｄｘ＝ｔａｎ（θ）となる。状態変数θの代わりにｔａｎ（θ）を用いる
と、ｄｔａｎ（θ）／ｄｘ＝ｔａｎ（α）／Ｌｃｏｓ³（θ）であるから、車両の挙動を示す状態方程式は結局

【００１１】

【数２】

【００１２】となる。この（４）式が（１）式に対応す
るものである。そして、この（４）式と前述のレギュレ
ータ問題の解としての（２）式に基づきｙ＝０（すなわ
ちＸ軸に沿った）となる制御系が設計される。

【００１３】図１２，図１３にはこのようにして設計さ
れた制御系に基づき、車庫等の駐車区画の入口中心線を
ｘ軸（ガイドライン）にとった場合の車両の軌跡が示さ
れている。図１２は初期姿勢角θ＝−０．５rad （ｘ軸
を中心として右回りを正）の時の軌跡、図１３は初期姿
勢θ＝１．５５rad の時の軌跡であり、いずれもｘ軸上
に車両が誘導されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように、状態方程
式及びレギュレータ手法を用いて車両を誘導することに
より自動駐車を行うことが可能となるが、例えば図１３
において車両の軌跡がＸ軸から大きくオーバシュートし
ていることからも理解されるように、車両の初期姿勢角
が９０度近傍かそれ以上となると所望の軌道上に誘導す
ることができない問題があった。

【００１５】これは、車両の状態は前述の（４）式で記
述されるものの、その姿勢角θが９０度となってしまう
とｔａｎθや１／ｃｏｓθが不定となり、車両の状態を
原理上決定できなくなってしまうこと、及び９０度以上
は本手法の適用限界を外れることに基づく。従って、こ
のような制御を種々の状況下にある実際の誘導駐車に適
用する場合、例えば図１４に示されるように駐車スペー
ス１１が道路にたいしてほぼ直角に近い場合には誘導駐
車できない問題があった。

【００１６】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑み
なされたものであり、その目的は車両の姿勢角がどのよ
うな状況であっても確実に車両を車庫等の駐車区画に誘
導できる車両用誘導駐車装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の車両用誘導駐車装置は図１に示されるよう
に駐車区画に対する車両の位置及び姿勢角を検出する検
出手段１と、検出された位置及び姿勢角に応じ、ガイド
ラインに対する車両の姿勢角が９０度未満となるように
ガイドラインを漸次設定する設定手段２と、設定された
ガイドライン上に車両が位置するように位置、姿勢角及
び操舵角間の関係式

【００１８】

【数３】

【００１９】但し、ｘ，ｙ：車両の位置 θ：車両の姿勢角 α：車両の操舵角に基づき車両の操舵角を算出する演算手段３と、算出さ
れた操舵角に基づき車両の操舵を制御する制御手段４と
を有し、ガイドラインを漸次設定することにより車両を
駐車区画に誘導することを特徴とする。

【００２０】

【作用】前述したように、車両の姿勢角が９０度近傍か
それ以上となると原理的に制御不可能となるが、本発明
では従来のようにガイドラインを固定するのではなく、
車両の位置及び姿勢角に応じて誘導の目標となるガイド
ラインを漸次変更し、制御を可能とするものである。

【００２１】すなわち、検出手段１により車両の位置及
び姿勢角が検出されるが、この姿勢角が９０度以上であ
る場合には設定手段２がガイドラインを駐車区画のほぼ
中心を通る直線からガイドラインに対する姿勢角が９０
度未満となるようなガイドラインに設定する。

【００２２】そして、この新たに設定されたガイドライ
ン上に車両が位置するように車両の状態方程式

【００２３】

【数４】

【００２４】に基づき演算手段３および制御手段４にて
車両の操舵を制御するとともに、ガイドラインを漸次設
定して最終的に駐車区画のほぼ中心を通る直線に一致さ
せ、車両を駐車区画に誘導するものである。

【００２５】

【実施例】以下、図面を用いながら本発明にかかる車両
用誘導駐車装置の好適な実施例を説明する。

【００２６】図２には本実施例における車両の概略構成
図が示されている。車両１０のリア部には後述するよう
に車両の位置や姿勢角を検出するための位置センサ１２
が設けられている。この位置センサ１２からの検出信号
は電子制御装置ＥＣＵ１４に入力され、所定の演算処理
を行って操舵角を算出し、制御信号として操舵アクチュ
エータ１６に出力する構成である。このＥＣＵ１４が後
述するようにガイドラインを漸次設定する設定手段及び
操舵角を算出する演算手段として機能することとなる。
なお、本実施例ではアクセルやブレーキ、及び前後退の
選択を行うためのシフトレバー操作は運転者が手動で行
うものとしている。もちろん、アクセルやブレーキ操作
をも制御装置で制御する構成とすることもできるが、こ
のように操舵角のみを制御装置で制御し、他は運転者が
制御する構成とすることにより、車両周囲の障害物を運
転者が認識してそれを回避する行動（ブレーキ操作によ
る停止）を直ちに行うことが可能となる。

【００２７】図５には本実施例における位置センサ１２
の構成が示されている。位置センサ１２は発光素子１２
ａと受光素子１２ｂを有しており、軸回りに回動可能に
取り付けられている。また、この位置センサ１２と同様
の位置センサが駐車すべき車庫の所定位置にも取り付け
られており、同様に軸回りに回動可能に取り付けられて
いる。そして、互いに回動して最大光度で受光する位置
をサーチし、その位置で回動を停止する。この時の車両
側及び位置センサの回動位置をそれぞれδv 、δp とす
ると、図６において車両１０の位置（Ｘ，Ｙ）及び姿勢
角θは次式から算出される。

【００２８】Ｘ＝Ｌｃｏｓ（δp ）＋Ｌp Ｙ＝Ｌｓｉｎ（δp ） θ= δv ＋（π／２−δp ）なお、車庫の長さＬp は既知であり、また車両と車庫と
の相対距離Ｌは例えば車両に取り付けた超音波センサ等
により別個に測定することができる。

【００２９】このようにして車両の位置（Ｘ，Ｙ）及び
姿勢角θが検出された後、ＥＣＵ１４では現代制御理論
を用いて操舵角を制御する。

【００３０】図３にはＥＣＵ１４での処理フローチャー
トが示されている。まず、車両１０の運転席近傍に設け
られた操作スイッチＯＮにより駐車開始モードがスター
トする。そして、Ｓ１０１にて駐車完了位置を（０，
０）とするＸ，Ｙ座標系での車両１０の位置（Ｘ，Ｙ）
及び姿勢角θを前述の方法により検出する。

【００３１】そして、既出の車両の状態を示す式（４）

【００３２】

【数５】

【００３３】に従い操舵角を算出するが、前述したよう
に姿勢角θが９０度近傍かそれ以上の場合には制御を行
うことが不可能である。

【００３４】そこで、本実施例においては、車両の誘導
を行うためのガイドライン（図６におけるＸ軸）を漸次
変更し、この変更ガイドラインに沿って車両を誘導する
ことを特徴としている。このため、最初に設定した座標
系Ｘ−Ｙを車両の位置に応じて漸次変更して座標系Ｘp
−Ｙp とし、この座標系Ｘp −Ｙp において制御を行っ
て最終的にＸ−Ｙ座標系において（０，０）に車両を誘
導するのである。

【００３５】図３におけるＳ１０１はこの座標系Ｘp −
Ｙp を設定するためのステップであり、その詳細が図４
に示されている。図４において、座標系設定ロジックが
起動すると、まずＳ２００にて起動時フラグがＯＮか否
かが判定される。起動時ではＯＮに設定されているた
め、ＹＥＳと判定されＳ２０１に移行する。このＳ２０
１では起動時フラグをＯＦＦに設定して次回の処理に備
え、Ｓ２０２に移行する。Ｓ２０２ではＸp −Ｙp 座標
系の原点（Ｘ0 ，Ｙ0 ）をＸ0 ＝ＸM , Ｙ0 ＝０に設定する。なお、ＸM は車庫前方１−２ｍ程度に設定
される。そして、次のステップ２０３において、このＸ
M と車両を結ぶ直線とＸ軸とのなす角θa 及び座標の回
転角θm が算出される。すなわち、 θa ＝ａｔａｎｔ（Ｘ−Ｘ0 ，Ｙ−Ｙ0 ），θm ＝−θa である。なお、関数ａｔａｎｔ（ｘ，ｙ）は（ｘ，ｙ）
よりθa を求める所定の関数である。

【００３６】Ｓ２０３にてθa 及びθm が算出された
後、Ｓ２０４にてＸM と車両を結ぶ直線と車両の進行方
向とのなす角θp が算出される。図７にはθ、θa 、θ
p の関係が示されている。すなわち、 θp ＝θ＋θa −π／２・・・（５）である。そして、次のＳ２０５にてθp の絶対値ＡＢＳ
（θp ）と所定のθMAX（π／２以下）との大小比較が
行われる。このステップでＮＯと判定された場合には車
両の姿勢角が大きいことを意味し、次のＳ２０６にて座
標の回転角θm を設定しなおす。すなわち、Ｘp −Ｙp
座標系におけるガイドラインＸp を車両の進行方向に設
定するために θm ＝−θ とする。そして、次回の処理において再度座標変換が必
要であることを示すためにＳ２０７にて再座標変換フラ
グをＯＮとする。なお、Ｓ２０５にてＹＥＳと判定され
た場合にはＳ２０６を経ることなくＳ２０７に移行し、
ＸM と車両を結ぶ直線をガイドラインＸp に設定する。

【００３７】このようにして座標系Ｘp −Ｙp が設定さ
れた後、図３においてＳ１０２に移行しＸp 、Ｙp 、θ
p を計算する。これらの値の計算には前述のステップで
算出された座標回転角θm 及びＳ１００にて検出された
車両の位置（Ｘ，Ｙ）が用いられる。すなわち、Ｘp ＝( Ｘ−Ｘ0 ）ｃｏｓ（θm ）＋（Ｙ−Ｙ0 ）ｓｉｎ（θm ）Ｙp ＝−（Ｘ−Ｘ0 ）ｓｉｎ（θm ）＋（Ｙ−Ｙ0 ）ｃｏｓ（θm ）である。また、θp は既出の（５）式で算出される。

【００３８】Ｘp −Ｙp 座標系における車両の位置（Ｘ
p ，Ｙp ）及び姿勢角θp が算出された後、次のＳ１０
３に移行する。このＳ１０３は制御のタイミングを設定
するステップであり、Ｘp が一定値減少した時点で制御
が開始される。積分器はこのタイミングで加算を行うた
め、運転者のアクセルあるいはブレーキ操作により車両
が停止あるいは速度が変化した場合でも時間に依存しな
いので精度よく制御を行うことができる。

【００３９】このＳ１０３でＹＥＳと判定された場合に
は次のＳ１０４に移行し、車両の操舵角αが算出され
る。この操舵角αの算出は、前述した車両の状態方程式
（４）式及びレギュレータの解である（２）式から算出
される。具体的には、（２）式と（４）式からｔａｎ（α）／Ｌｃｏｓ³（θp ）＝ｆ1 Ｙp ＋ｆ2 ｔａｎ（θp ）が成立ち、従って、 α＝ｔａｎ^-1｛Ｌｃｏｓ³（θp ）｛ｆ1 Ｙp ＋ｆ2 ｔａｎ（θp ）｝｝により操舵角αが算出される。なお、Ｌは車両１０のホ
イールベースである。

【００４０】Ｓ１０４にて操舵角αが算出された後、Ｓ
１０５にてＥＣＵ１４は操舵アクチュエータ１６に制御
信号を送り、操舵角制御を実行する。操舵制御が行われ
た後、Ｓ１０６にてＸが０以下であるか否かが判定され
る。前述したように（０，０）を駐車完了位置としてい
るため、Ｘが０より大きいと判定された場合には車両の
駐車は未だ完了していないことを意味し、再びＳ１００
に移行して位置の検出及びＳ１０１の座標系の設定が行
われる。

【００４１】Ｓ１０１の座標系の設定においては、前述
したように図４に示される処理が行われるが、図４のＳ
２００においては起動時フラグがＯＦＦとなっているた
めこのステップでＮＯと判定され、Ｓ２０８に移行す
る。このＳ２０８では再座標変換フラグがＯＮか否かが
判定され、前述のＳ２０７にて再座標変換フラグがＯＮ
されているためＹＥＳと判定されてＳ２０９に移行す
る。このＳ２０９ではθ−θa の絶対値ＡＢＳ（θ−θ
a ）と所定のθmax との大小比較が行われ、ＹＥＳと判
定された場合にはＳ２１０にてθm ＝−θa と設定して
ガイドラインをＸMと車両を結ぶ直線に変更する。そし
て、Ｓ２１１に移行し、車両の位置Ｙの絶対値ＡＢＳ
（Ｙ）と所定のＹd （車庫前方０−１ｍ）との大小比較
が行われる。また、Ｓ２０９にてＮＯと判定された場合
にはＳ２１０を経ることなくこのＳ２１１に移行する。
このステップでＮＯと判定された場合、すなわち車両が
未だ車庫から離れている場合には再び図３に示されるＳ
１０２に移行し、操舵制御が実行される。一方、このス
テップでＹＥＳ、すなわち車両１０が車庫に十分近づい
たと判定された場合にはＳ２１２に移行する。

【００４２】Ｓ２１２以降の各ステップにおいては、Ｘ
p −Ｙp 座標系をＸ−Ｙ座標系に一致させるように漸次
回転させて制御を行うステップである。すなわち、まず
Ｘ0をＸ0 ＝０に設定する。これは駐車完了位置を座標
系の原点に設定することを意味する。そして、θm の絶
対値ＡＢＳ（θm ）と所定のθd との大小比較が行われ
る。なお、θd は０．１−０．５rad 程度に設定され
る。このステップでＮＯ、すなわち座標の回転角が未だ
大きい場合にはＳ２１４に移行し、座標系Ｘp −Ｙp で
の車両の姿勢角θp の絶対値と前述の所定のθd との大
小比較が行われる。このステップでＮＯと判定された
場合にはＳ１０２に移行して制御を続け、一方ＹＥＳと
判定された場合にはこの座標系Ｘp −Ｙp において車両
の姿勢角が十分小さくなったことを意味し、Ｓ２１５に
移行する。Ｓ２１５ではθm の符号が判別され、ＹＥＳ
すなわちθm が正である場合にはＳ２１６に移行してθ
m ＝θm ＋θd としてＸ−Ｙ座標系に近づけるように回
転させ、θm が負の場合にはＳ２１８にてθm ＝θm −
θd としてＸ−Ｙ座標系に近づけるように回転させてＳ
１０２に移行する。また、Ｓ２１３にて座標の回転角θ
m が所定のθd より小さい場合、すなわち座標系Ｘp −
Ｙp がＸ−Ｙ座標系にほとんど一致する場合にはＳ２１
７に移行し、座標の回転角θmを０に設定してＸ−Ｙ座
標系に一致させてＳ１０２に移行する。

【００４３】このように、車両の位置及び姿勢角に応じ
て制御を行う際の座標系Ｘp −Ｙpを漸次変更すること
によりＸ−Ｙ座標系における姿勢角が９０度近傍あるい
はそれ以上でも制御を行うことができ、最終的にＳ１０
６にてＸが０以下と判定され駐車が終了する。

【００４４】図８及び図９には車両の姿勢角が９０度及
びそれ以上の場合における本実施例の制御例が示されて
おり、座標系Ｘp −Ｙp が車両の位置に応じて漸次回転
して制御が行われることが理解される。すなわち、図８
においてはＸp −Ｙp 座標系におけるガイドラインであ
るＸp 軸がＸ軸に一致するように漸次回転する例が示さ
れており、また図９においては車両の進行方向に平行な
方向をガイドラインとする座標系Ｘr −Ｙr が示され、
その後Ｘp 軸をガイドラインとするＸp −Ｙp座標系が
設定される例が示されている。両図において、車両１０
はその都度ガイドライン上に位置するように誘導され、
最終的にガイドラインが車庫のほぼ中心を通る直線（図
８、図９におけるＸ軸）に一致するために車庫に誘導さ
れる様子が理解される。

【００４５】このように、本実施例では車両のアクセル
及びブレーキ操作は運転者にまかせ、操舵角のみ制御す
る構成としたので、全ての障害物を自動的に認識する必
要がなくシンプルな制御装置で運転者のアクセル、ブレ
ーキ操作にかかわらず車両を車庫に誘導できる。

【００４６】また、本実施例においてシステムの始動を
外部から行う構成を採用することにより人が出入りでき
ないような狭いスペースに車両を誘導することが可能と
なる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明における車
両用誘導駐車装置によれば、車両の初期位置及び姿勢角
によらずに確実に駐車することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成ブロック図である。

【図２】本発明の一実施例における車両の概略構成図で
ある。

【図３】同実施例の制御フローチャート図である。

【図４】同実施例における座標系設定のフローチャート
図である。

【図５】同実施例における位置センサの構成図である。

【図６】同実施例における位置（Ｘ，Ｙ）検出の説明図
である。

【図７】同実施例における制御変数の説明図である。

【図８】同実施例における制御例を示す説明図である。

【図９】同実施例における制御例を示す説明図である。

【図１０】現代制御理論を用いた車両制御における制御
変数の説明図である。

【図１１】現代制御理論を用いた車両制御における制御
変数のマトリクス表示の説明図である。

【図１２】従来例における制御例を示す説明図である。

【図１３】従来例における制御例を示す説明である。

【図１４】駐車区画の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０車両１２位置センサ１４電子制御装置ＥＣＵ１６操舵アクチュエータ

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】駐車区画に対して予め設定されたガイド
ライン上に車両が位置するように駐車区画に対する車両
の位置及び姿勢角に応じて車両の操舵角を制御し、車両
を駐車区画に誘導する車両用誘導駐車装置において、駐
車区画に対する車両の位置及び姿勢角を検出する検出手
段と、検出された位置及び姿勢角に応じ、ガイドライン
に対する車両の姿勢角が９０度未満となるようにガイド
ラインを漸次設定する設定手段と、設定されたガイドラ
イン上に車両が位置するように位置、姿勢角及び操舵角
間の関係式但し、ｘ、ｙ：車両の位置 θ ：車両の姿勢角 α ：車両の操舵角に基づき車両の操舵角を算出する演算手段と、算出され
た操舵角に基づき車両の操舵を制御する制御手段と、を
有し、ガイドラインを漸次設定することにより車両を駐
車区画に誘導することを特徴とする車両用誘導駐車装
置。