JPH06336167A - 自動操舵装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動操舵制御において操舵制御モータの暴走
の有無を正確に検出してフェイルセーフし、且つモータ
暴走後の手動操舵の安全性を向上する。 【構成】 車両１のステアリング装置１０のハンドル側
入力軸２１とタイヤ側出力軸２２との間に、操舵制御モ
ータ３６とトルク制御モータ３８を備えて自動操舵する
ギヤ比可変機構２５を設ける。また入力軸２１と出力軸
２２の間には、操舵制御モータ３６の暴走を機械的に検
出してフェイルセーフするスイッチ手段７０を設ける。
更に、モータ暴走時の作動やドライバのハンドル操作で
入力軸２１と出力軸２２を直結固定するクランプ手段６
０を設けて、モータ暴走後の手動操舵時の安全性を確保
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車両の運転
支援システム（ＡＤＡ）に使用されて電子的に自動操舵
する自動操舵装置の制御装置に関し、詳しくは、操舵制
御モータ暴走時のフェイルセーフに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両の安全性を飛躍的に向上する
対策として、エアバック等の衝突被害軽減技術に対し
て、衝突しないための技術、即ち運転操作系を積極的に
アシストして安全側に自動的に制御する総合的な運転支
援システム（ＡＤＡ：Active Drive Assist system）が
開発されている。このＡＤＡシステムは、車両の前後に
装着したカメラを有して道路状況、他の車両、障害物等
の外部環境を三次元的に認識する制御ユニットにより、
ドライバと同等の自律走行能力を持たせ、この自律走行
能力によりブレーキ、スロットル及びステアリングの操
作系の各種装置を自動的に適正に操作するように構成さ
れる。そしてＡＤＡシステムが目指す機能として、衝突
防止機能と限定自動走行機能が考えられている。衝突防
止機能は、運転操作の誤り等で追突の危険がある場合に
自動ブレーキ作動したり、横風の際にハンドル修正する
ものである。限定自動走行機能は、ドライバに代わって
自動操舵して車線追従走行したり、障害物を自動回避し
たり、安全車間距離に保持するものである。

【０００３】上記ＡＤＡシステムについて更に具体的に
説明すると、例えば本件出願人による特願平４−６５３
４７号の出願で示すように、車両に装着した複数のカメ
ラにより前方風景や交通環境をとらえ、その画像を小領
域に分割して各々について三角測量法で距離を算出し
て、画面全体が三次元の距離分布の画像を得る。そして
距離画像から車線、前方車、障害物等を分離して検出す
る。車線からは左右の白線、道路形状等を認識する。前
方車や障害物に対しては、物体が何であるか、障害物と
の相対的な距離や速度等を認識して、種々の画像データ
を得る。

【０００４】また上述の画像データを利用して自動操舵
するシステムとして、特開平３−２３８８０９号の出願
で示すように、ステアリング装置の操舵系に操舵制御モ
ータやトルク制御モータを備えたプラネタリギヤ式のギ
ヤ比可変機構を設ける。そして画像データ等により車線
の白線に沿うような舵角を算出し、この舵角に応じた操
舵信号を操舵制御モータに出力してギヤ比可変機構を作
動することで、タイヤ側を自動的に操舵し、車線追従で
自律走行することが考えられている。このシステムは最
も重要な画像認識の技術の開発により具体性を生じたも
のであり、実用化するためには更に種々の点で技術開発
する必要がある。

【０００５】ここで自動操舵モードでは、操舵制御モー
タの作動のみで前輪が転舵されるため、このモータが何
等かの異常により暴走すると、不意にあらぬ方向に転舵
されることがある。このため操舵制御モータの暴走の有
無を正確に検出し、且つ暴走時には適切にフェイルセー
フすることが必要である。

【０００６】従来、モータ暴走時のフェイルセーフとし
ては、制御ユニットでモータの暴走の有無を判断し、暴
走した場合はモータ電源を切断することが考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術のものにあっては、電気的にモータの暴走を判断する
方法であるから信頼性が低い。またモータ電源を切断し
た後はステアリング系が遊びの大きい手動操舵の状態に
なるので、ハンドル操作により適確に転舵できない等の
問題がある。

【０００８】本発明は、このような点に鑑み、自動操舵
制御において操舵制御モータの暴走の有無を正確に検出
してフェイルセーフし、且つモータ暴走後の手動操舵の
安全性を向上することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、車両のステアリング装置のハンドル側入力軸
とタイヤ側出力軸との間に、操舵制御モータとトルク制
御モータを備えて自動的に操舵するギヤ比可変機構が設
けられ、自動操舵モードの場合に車両前方の画像デー
タ、車速、実舵角の信号により操舵制御モータを回転制
御し、トルク制御モータをトルク制御して、走行中の車
両をハンドル操作なしで道路の白線等に沿うように自動
操舵する自動操舵装置において、入力軸と出力軸との間
に操舵制御モータの暴走を機械的に検出するスイッチ手
段と、モータ暴走時に両軸を直結固定するクランプ手段
を設けることを特徴とする。

【００１０】

【作用】上記構成による本発明では、車両走行中に自動
操舵モードに設定すると、車両前方の画像データ、車
速、実舵角の信号で例えば道路の白線と車両の関係に基
づいて指示舵角が演算され、この指示舵角に応じてギヤ
比可変機構の操舵制御モータが回転し、同時にトルク制
御モータにより操舵トルクを相殺するようにトルクアシ
ストする。そこでハンドル側入力軸が固定した状態でタ
イヤ側出力軸が回転し、ドライバのハンドル操作なしの
状態でも前輪が自動的に転舵して、白線に沿い安全に車
線追従走行される。

【００１１】そして自動操舵中に操舵制御モータが暴走
すると、ギヤ比可変機構による入力軸と出力軸の逆回転
でスイッチ手段が作動してモータ暴走が確実に検出され
る。このときスイッチ手段により例えばモータ電源を切
って直ちに操舵制御モータの作動が停止され、不意にあ
らぬ方向に転舵しないようにフェイルセーフされる。ま
たモータ暴走時にはクランプ手段によりハンドル側入力
軸が、ギヤ比可変機構から切離して出力軸と直結固定さ
れる。このためモータ暴走後に手動操舵する際には、ギ
ヤ比可変機構の位相のずれの影響が無くなって安全に操
舵して走行することが可能になる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１において、ＡＤＡシステムの概略について説
明する。先ず、車両１のエンジン２のスロットル弁３に
は電気信号で開閉するアクチュエータ１１が設けられ、
ブレーキペダル４の操作で前輪５と後輪６のホイールシ
リンダ７にブレーキ圧を発生して制動するブレーキ装置
８には電気信号でブレーキ圧を加減圧する自動ブレーキ
油圧ユニット１２が設けられる。また車両１の例えば左
右前方には車両前方の所定の範囲を撮像するＣＣＤカメ
ラ１３が配置され、ハンドル９を有するステアリング装
置１０に電気信号で操舵する自動操舵パワーユニット１
４が設けられる。

【００１３】制御系として、ＣＣＤカメラ１３の撮像信
号が入力する画像認識制御ユニット１５を有し、撮像信
号に基づき三角測量法で距離を算出して、画面全体が三
次元の距離分布の画像を得る。そして距離画像から車
線、前方車、障害物等を分離して検出し、車線からは左
右の白線、道路形状等を認識する。前方車や障害物に対
しては、物体が何であるか、障害物との相対的な距離や
速度等を認識して、種々の画像データを得る。この画像
データは車間距離制御ユニット１６と自動操舵制御ユニ
ット１７に入力する。

【００１４】車間距離制御ユニット１６は、画像データ
と他の種々のセンサ信号により先行車や道路の障害物に
対して安全な距離を保つように加減速度を演算し、この
加減速度に基づく適正なスロットル開度のスロットル信
号をアクチュエータ１１に出力してスロットル制御す
る。また加減速度に基づく適正なブレーキ圧のブレーキ
信号を自動ブレーキ油圧ユニット１２に出力してブレー
キ制御する。そしてドライバのブレーキ操作等が不充分
な場合でも、安全車間を保ち、衝突を未然に防止して安
全に走行することを可能にする。自動操舵制御ユニット
１７は、画像データと他の種々のセンサ信号により道路
の白線と車両とのずれ等を演算し、このずれに基づく操
舵信号を自動操舵パワーユニット１４に出力して操舵制
御する。そしてドライバのハンドル手離しの場合にも、
安全に車線追従走行することを可能に構成される。

【００１５】図２において自動操舵パワーユニット１４
の構成について説明する。先ず、ステアリングシャフト
２０が入力軸２１と出力軸２２に２分割され、入力軸２
１の端部にハンドル９が設けられ、出力軸２２は油圧パ
ワーステアリング機構２３を介して前輪５に連結され、
両軸２１，２２の間にギヤ比可変機構２５がバイパスし
て連結される。ギヤ比可変機構２５は、入、出力軸２
１，２２とこれらに平行配置されるモータ軸２４に、２
組のギヤ２６，２７と１組のプラネタリギヤ３０を組合
せて構成される。

【００１６】即ち、第１のギヤ２６は小径のドライブギ
ヤ２６ａが入力軸２１に一体結合され、大径のドリブン
ギヤ２６ｂがモータ軸２４に回転可能に設けられる。第
２のギヤ２７は大径のドライブギヤ２７ａがモータ軸２
４に回転可能に設けられ、小径のドリブンギヤ２７ｂが
出力軸２２に一体結合される。プラネタリギヤ３０はサ
ンギヤ３１がモータ軸２４に一体結合され、リングギヤ
３２が第２のギヤ２７のドライブギヤ２７ａの内側に形
成され、サンギヤ３１とリングギヤ３２に噛合うピニオ
ン３３が第１のギヤ２６のドリブンギヤ２６ｂと一体的
なキャリア３４で支持される。そしてモータ軸２４の一
端に可逆回転可能なウォームギヤ３５を介して操舵制御
モータ３６が連結され、入力軸２１にも同様のウォーム
ギヤ３７を介してトルク制御モータ３８が連結される。

【００１７】そこでモータ軸２４のサンギヤ３１が固定
した状態で、ドライバがハンドル９を操舵すると、入力
軸２１と第１のギヤ２６によりプラネタリギヤ３０のキ
ャリア３４が回転してピニオン３３が遊星回転し、リン
グギヤ３２と第２のギヤ２７により出力軸２２をハンド
ル９と同一方向に回転して転舵する。この場合に、ギヤ
の歯数を選択することにより、入、出力軸２２の回転が
略同一にされる。またトルク制御モータ３８により入力
軸２１を固定して操舵反力を相殺するようにトルクアシ
ストする状態で、操舵制御モータ３６によりサンギヤ３
１を回転すると、ピニオン３３の自転でリングギヤ３２
と第２のギヤ２７を介し出力軸２２を同一方向に回転し
て電気的に転舵するように構成される。

【００１８】制御系として、入力軸２１には操舵角Ｑｈ
を検出する操舵角センサ４０、操舵トルクＴｈを検出す
る操舵トルクセンサ４１が設けられ、出力軸２２には実
舵角Ｑｐを検出する転舵角センサ４２が設けられる。ま
たギヤ比可変機構２５のモータ軸２４には位相角Ｑｓを
検出する位相角センサ４３が設けられる。そして画像認
識制御ユニット１５の画像データ、車速センサ４４の車
速Ｖ及び上記各センサ４０〜４３の信号が自動操舵制御
ユニット１７に入力して電気的に処理され、自動操舵モ
ードの場合に操舵信号を操舵制御モータ３６に出力し、
トルク信号をトルク制御モータ３８に出力するように構
成される。

【００１９】図３と図４において、ギヤ比可変機構２５
について詳細に説明する。先ず、入、出力軸２１，２２
を覆うコラムチューブ２８の途中にコラムケース２９が
設けられ、コラムケース２９の内部にギヤ比可変機構２
５のモータ軸２４、第１と第２のギヤ２６，２７、プラ
ネタリギヤ３０等が収容される。そして入力軸２１が、
ハンドル９を有するハンドル軸２１ａと、ギヤ２６ａや
トルク制御モータ３８のウォームギヤ３７が取り付けら
れるギヤ軸２１ｂとに分割される。また両軸２１ａ，２
１ｂが捩り棒２１ｃにより所定のハンドル遊びを有する
ように連結され、ハンドル軸２１ａとギヤ軸２１ｂとの
間に操舵トルクセンサ４１が配置される。そこでモータ
暴走時のフェイルセーフ手段として、ギヤ軸２１ｂと出
力軸２２の間に、機械的にモータ暴走を検出するスイッ
チ手段７０と、モータ暴走時に両軸２１ｂ，２２を直結
固定するクランプ手段６０が設けられている。

【００２０】スイッチ手段７０とクランプ手段６０は、
操舵制御モータが暴走した場合にギヤ軸２１ｂと出力軸
２２が相互に逆方向に回転することを利用したものであ
る。そこで出力軸２２の内部中心に２つの扇形の溝６１
が形成され、この溝６１の内部にギヤ軸２１ｂと一体的
な板状のストッパ６２が挿入される。溝６１のく字形の
側壁６３は通常の自動操舵で出力軸２２が回転する角度
θより若干大きい角度に設定され、モータ暴走でギヤ軸
２１ｂと出力軸２２が逆転した場合にストッパ６２と側
壁６３が当接するように設定される。

【００２１】そしてストッパ６２の長手方向の一端にス
イッチ手段７０の操作片７１が設けられ、溝６１の両側
壁６３の操作片７１と対応する箇所にそれぞれ常閉のス
イッチ７２ａ，７２ｂが、操作片７１によりＯＦＦする
ように埋設される。またストッパ６２の他端には矢印形
状のクランプ６４が形成され、溝６１の両側壁６３のク
ランプ６４と対応する箇所に抜止め片６５を有する凹部
６６が、ワンタッチで抜止め係合するように設けられ
る。

【００２２】図５において、自動操舵制御ユニット１７
について説明する。先ず、画像認識制御ユニット１５か
らの画像データが入力する距離算出部５０を有し、図６
のように画像上の所定距離位置Ｄを設定する。目標軌道
設定部５１は画像データに基づきその所定距離位置Ｄの
白線による目標軌道Ｌ１を設定する。また車速Ｖと転舵
角ωｐが入力する予測軌道算出部５２を有し、現在の車
両の位置、方向、走行状態のままで所定距離位置Ｄに走
行した場合の車両１の予測軌道Ｌ２を算出する。更に、
選択スイッチ４５のＯＮ、ＯＦＦにより例えば制御シス
テムの電源を投入した自動操舵モードと、その電源を切
断した手動操舵モードを設定するモード設定部５３を有
する。

【００２３】上述の目標軌道Ｌ１、予測軌道Ｌ２及びモ
ード信号はずれ幅算出部５４に入力して、自動操舵モー
ドの場合に目標軌道Ｌ１と予測軌道Ｌ２のずれ幅ｅを算
出する。このずれ幅ｅは舵角算出部５５に入力して、ず
れ幅ｅと比例定数ｋとにより指示舵角φを算出する。指
示舵角φと実舵角Ｑｐは制御量演算部５６に入力して、
両者の偏差により制御量Ｃを算出し、駆動部５７により
制御量Ｃに応じた電流Ｉｐを操舵制御モータ３６に供給
する。また手動操舵モードの場合はサンギヤ固定に必要
な所定の電流Ｉｐを操舵制御モータ３６に供給する。操
舵トルクセンサ４１の操舵トルクＴｈはアシストトルク
演算部５８に入力し、自動操舵モードの場合にハンドル
９側に作用する操舵反力に応じた操舵トルクＴｈを検出
し、この操舵反力を相殺するようなアシストトルクＴａ
を演算する。そして駆動部５９によりトルクＴａに応じ
た電流Ｉｓをトルク制御モータ３８に供給するように構
成される。

【００２４】上記制御系において、モータ暴走時のフェ
イルセーフとして、操舵制御モータ３６とバッテリ７３
との回路に、上述の２つのスイッチ７２ａ，７２ｂが直
列的に接続される。

【００２５】次に、この実施例の作用について説明す
る。先ず、車両走行時にドライバが選択スイッチ４５を
ＯＦＦすると、自動操舵制御ユニット１７が手動操舵モ
ードになり、操舵制御モータ３６に所定電流が流れて自
動操舵パワーユニット１４のギヤ比可変機構２５のモー
タ軸２４とサンギヤ３１が固定される。またトルク制御
モータ３８は不作動し、ハンドル９の入力軸２１がフリ
ーの状態になる。そこでドライバが図７（ａ）のように
ハンドル９を握って操舵すると、入力軸２１、第１と第
２のギヤ２６，２７、固定したサンギヤ３１に対するプ
ラネタリギヤ３０の作動で出力軸２２が同一方向に回転
し、油圧パワーステアリング機構２３の作動で前輪５が
左右に自由に転舵される。

【００２６】また選択スイッチ４５をＯＮすると、自動
操舵モードに切換わる。このため自動操舵制御ユニット
１７では画像認識制御ユニット１５からの画像データに
より所定距離位置Ｄの白線等の目標軌道Ｌ１が設定さ
れ、車速Ｖと実舵角Ｑｐにより車両１の所定距離位置Ｄ
での予測軌道Ｌ２が算出される。そして目標軌道Ｌ１と
予測軌道Ｌ２のずれ幅ｅに応じて指示舵角φが算出さ
れ、この指示舵角φと実舵角Ｑｐに基づく制御量Ｃが算
出される。

【００２７】ここで操舵制御モータ３６が正常な場合
は、クランプ手段６０が不作動して入力軸２１のギヤ軸
２１ｂと出力軸２２が分離され、自動操舵可能になる。
そして２つのスイッチ７２ａ，７２ｂは共にＯＮし、操
舵制御モータ３６がバッテリ７３に接続されているた
め、駆動部５７により制御量Ｃに応じた電流Ｉｐが操舵
制御モータ３６に流れて回転制御される。このためギヤ
比可変機構２５では、ウォームギヤ３５、モータ軸２４
及びサンギヤ３１が回転するが、このときリングギヤ３
２にはタイヤ側の大きい負荷がかかっているため、キャ
リア３４等が逆転してこの場合の操舵反力がハンドル９
側に作用する。

【００２８】そこで操舵トルクセンサ４１によりこの場
合の操舵反力が検出され、操舵反力を相殺するようなア
シストトルクＴａが演算され、このトルクＴａに応じた
電流Ｉｈがトルク制御モータ３８に流れる。そしてトル
ク制御モータ３８とウォームギヤ３７が作動して、入力
軸２１、第１のギヤ２６、キャリア３４等を固定するよ
うにトルクアシストされる。このため操舵制御モータ３
６によるサンギヤ３１の回転で、タイヤ側の負荷に抗し
てリングギヤ３２、第２のギヤ２７及び出力軸２２が回
転し、図７（ｂ）のようなハンドル手離の状態で前輪５
が操舵信号に応じて自動的に転舵される。こうしてドラ
イバがハンドル９を操作しなくとも、車両１は前輪５が
道路の白線に沿うように転舵して安全に車線追従走行さ
れる。

【００２９】上述の自動操舵制御において、操舵制御モ
ータ３６が何等かの異常により暴走すると、サンギヤ３
１の回転が急増する。このため例えばモータ３６と出力
軸２２が右回転している場合は、アシストトルクがその
ままの状態であるためキャリア３４も強制的に右回転さ
れ、第１のギヤ２６によりギヤ軸２１ｂが左回転する。
そこでクランプ手段６０においてストッパ６２と溝６１
の側壁６３が互いに近付くように回転し、操作片７１に
より一方のスイッチ７２ａがＯＦＦしてモータ暴走が検
出される。そしてスイッチ７２ａのＯＦＦでモータ電源
側が切断して直ちに操舵制御モータ３６は作動停止し、
不意にあらぬ方向に転舵して事故を生じることが防止さ
れる。

【００３０】またモータ暴走時にはプラネタリギヤ３０
のピニオン３３が無理に遊星回転されるため、タイヤと
モータとの位相が任意にずれた状態になる。そこでモー
タ暴走後にギヤ比可変機構２５を使用してドライバがハ
ンドル操作により手動操舵すると、大きい遊びを有して
適確に操舵することが困難になる。そころでこの場合
は、ストッパ６２のクランプ６４が、図４一点鎖線のよ
うに抜止め片６５を有する凹部６６に抜止め係合され
る。そしてハンドル側の入力軸２１がギヤ比可変機構２
５を切離して出力軸２２と直結し、コラムが１：１に固
定される。このため手動操舵する場合にはギヤ比可変機
構２５の位相のずれの影響が無くなって、ドライバのハ
ンドル操作により直接前輪５が適切に転舵して安全に走
行される。

【００３１】一方、自動操舵での走行中にドライバが転
舵の異常に気付き、ハンドル操作して入力軸２１を回転
すると、スイッチ手段６０とクランプ手段７０が上述と
同様に作動する。従って、この場合にも操舵制御モータ
３６は未然に作動停止し、ハンドルとタイヤが直結する
ようにフェイルセーフされる。

【００３２】以上、本発明の実施例について説明した
が、ギヤ比可変機構の構造の異なる場合にも適応でき
る。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によると、
自動操舵装置においてハンドル側入力軸とタイヤ側出力
軸との間にスイッチ手段が、モータ暴走をこの場合の両
軸の作動で機械的に検出するように設けられるので、検
出精度が高くなって、信頼性が向上する。このためモー
タ暴走を確実に防止するようにフェイルセーフすること
ができる。モータ暴走時にはクランプ手段により入力軸
と出力軸を直結保持するように構成されるので、手動操
舵の際の不要な遊びが無くなって、操縦性が良好にな
り、安全性も向上する。クランプ手段は入力軸と出力軸
との間に介設されるので、構造が簡素化し、モータ暴走
時の両軸の作動とドライバの判断によるハンドル操作の
いずれでも直結動作することができて、フェイルセーフ
が確実化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動操舵装置の制御装置の実施例
の概略を示す構成図である。

【図２】自動操舵パワーユニットを示す構成図である。

【図３】ギヤ比可変機構の部分を具体的に示す断面図で
ある。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。

【図５】自動操舵制御系を示すブロック図である。

【図６】自動操舵制御の概念図である。

【図７】手動操舵と自動操舵の状態を示す図である。

【符号の説明】

１ 車両 ９ ハンドル １０ ステアリング装置 １４ 自動操舵パワーユニット １５ 画像認識制御ユニット １７ 自動操舵制御ユニット ２１ 入力軸 ２２ 出力軸 ２５ ギヤ比可変機構 ３６ 操舵制御モータ ３８ トルク制御モータ ６０ クランプ手段 ７０ スイッチ手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｆ 15/62 ３８０ 9287−5Ｌ 15/70 ４００ 8837−5Ｌ // Ｂ６２Ｄ 101:00 113:00 119:00 137:00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両のステアリング装置のハンドル側入
   力軸とタイヤ側出力軸との間に、操舵制御モータとトル
   ク制御モータを備えて自動的に操舵するギヤ比可変機構
   が設けられ、自動操舵モードの場合に車両前方の画像デ
   ータ、車速、実舵角の信号により操舵制御モータを回転
   制御し、トルク制御モータをトルク制御して、走行中の
   車両をハンドル操作なしで道路の白線等に沿うように自
   動操舵する自動操舵装置において、入力軸と出力軸との
   間に操舵制御モータの暴走を機械的に検出するスイッチ
   手段と、モータ暴走時に両軸を直結固定するクランプ手
   段を設けることを特徴とする自動操舵装置の制御装置。
2. 【請求項２】 スイッチ手段は、操舵制御モータのバッ
   テリ側の回路に直列接続することを特徴とする請求項１
   記載の自動操舵装置の制御装置。