JPH1024858A - 車両用の自動操舵システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 後輪操舵により車両の自律走行を制御する場
合であっても、その後輪操舵による進路変更効果を確実
に発揮できるようにすること。 【解決手段】 自動車１は、舵取り装置として、ステア
リングホイール２により操作される前輪操舵機構３と、
ＥＣＵにより制御される後輪操舵機構４とを備えて成
る。ステアリングシャフト６には、動作状態で自動車１
の前輪１ａの転舵に必要な力を増大させる電磁ブレーキ
７が設けられる。上記ＥＣＵは、所定の自律走行条件が
成立した状態で、画像入力装置５からの画像データに基
づいて自動車と走行レーンとの相対的位置関係を判定
し、その判定出力に基づいて後輪操舵機構４を制御する
ことにより車両の自律走行運転を実行すると共に、この
自律走行運転実行時には電磁ブレーキ７を動作状態に保
持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車道上の走行レー
ンを検知するように設けられたレーン認識手段の出力を
利用して自律走行を行うようにした車両用の自動操舵シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年では、特別な路上設備を必要とせず
に自動操舵による走行を可能とした所謂自律走行車の研
究が進んでいる。斯様な自律走行車に用いられる自動操
舵システムとしては、例えば特開平７−２５１７５４号
公報に記載されたものが知られている。

【０００３】即ち、この公報中には、基本的には運転者
が運転操作を行い、所定の場合のみ自動操舵システムを
介入させるようにした走行制御装置において、運転者に
よるステアリングホイールの操作と、自律走行運転への
移行に伴うステアリングホイールの自動的な回動動作と
が干渉して運転者に違和感を及ぼすという事態を回避す
るために、自律走行時には、前輪操舵状態から後輪操舵
状態に切り替えると共に、前輪とステアリングホイール
との間の連結状態を、油圧機構を利用した連結解除手段
により解除する技術が記載されている。尚、上記連結解
除手段は、ステアリングシャフトを二分割する共に各分
割シャフトに互いに噛み合うスプラインを形成し、それ
らのスプラインの噛み合い状態を油圧機構により選択的
に解除することによって、前輪とステアリングホイール
との間の連結状態を解除する構成となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成では、後
輪操舵による自律走行時において、ステアリングホイー
ルから切り離された前輪が操舵方向へ自由に動き得る状
態を呈することになる。このため、後輪操舵に伴う車両
の進路変更時において、前輪が当該進路変更効果を打ち
消す方向（車両の直進方向）へ不用意に転舵される現象
が発生する可能性があり、これに起因して自動的な操舵
機能が阻害される虞が出てくる。

【０００５】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、後輪操舵により車両の自律
走行を制御する場合であっても、その後輪操舵による進
路変更効果を確実に発揮できる車両用の自動操舵システ
ムを提供することにある。

【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に記載した発明のように、車両の後輪を操
舵して行う自律走行運転時において、当該車両の前輪の
転舵に必要な力を増大させるように働く転舵力変更手段
を設ける構成とすることができる。

【０００７】このような構成によれば、自律走行運転時
において後輪操舵により車両の進路変更を行う際には、
転舵に必要な力が増大された状態にある前輪が当該進路
変更効果を打ち消す方向へ不用意に転舵される現象が発
生することがなくなるから、従来構成のように自動的な
操舵機能が阻害される事態を未然に防止できるようにな
る。

【０００８】請求項２に記載した手段を採用した場合に
は、車両の走行速度が設定車速以上あり、尚且つ前輪操
舵角が予め設定された角度範囲内にある場合のみ自律走
行運転へ移行可能となるから、手動運転から自律走行運
転に切り替える際に、車両の挙動が不安定になる事態を
未然に防止できる。

【０００９】請求項３に記載した手段を採用した場合に
は、自律走行運転時において、転舵に必要な力が増大さ
れた状態のステアリングホイールが、運転者の意思によ
り予め設定された上限角度以上操舵されたときに当該自
律走行運転が停止されるから、手動運転による操舵が必
要となった場合に、その手動運転への切り替えを迅速且
つ円滑に行い得るようになる。

【００１０】請求項４に記載した手段を採用した場合に
は、自律走行運転時において、スイッチ要素が運転者に
より操作されたときには、転舵力変更手段が初期状態に
戻されてステアリングホイールの操作に必要な力が低減
されることになる。このため、運転者の意思によりステ
アリングホイールを前記上限角度以上操舵して自律走行
運転を停止させる操作のために必要な力が小さくなっ
て、その操作性が向上するようになる。

【００１１】請求項５に記載した手段を採用した場合に
は、自律走行運転時において、運転者がステアリングホ
イールを握ったときに、タッチスイッチが操作状態とな
って転舵力変更手段が初期状態に戻されることになる。
このため、自律走行運転から手動運転への切り替え操作
を、きわめて容易且つ自然に行い得るようになる。

【００１２】請求項６に記載した手段を採用した場合に
は、自律走行運転時において、ステアリングホイールが
予め設定されたトルク以上の力で操舵されたときに当該
自律走行運転が停止されるから、この場合においても、
手動運転による操舵が必要となった場合の切り替えを迅
速且つ円滑に行い得るようになる。

【００１３】請求項７に記載した手段を採用した場合に
は、自律走行運転の停止に伴い前輪操舵力が初期状態に
戻される際に、その前輪操舵力が漸減されるようになる
から、運転者が、操舵力が増大された状態のステアリン
グホイールに対し回動のための比較的大きな操作力を加
えている状態で、自律走行運転が停止された場合にステ
アリングホイールを勢い余って過剰に操舵してしまう事
態を未然に防止できるようになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例につい
て図１〜図６を参照しながら説明する。図１には、自動
車１（車両）が、白線ａ、ａにより画定された走行レー
ンＡを矢印Ｆ方向へ走行している状態が摸式的に示され
ている。この図１において、自動車１は、その舵取り装
置として、ステアリングホイール２により操作される前
輪操舵機構３と、例えば電動アクチュエータを駆動源と
して操作される後輪操舵機構４とを備えた構成となって
いる。

【００１５】また、自動車１には、その前方を見渡せる
位置、例えばフロントガラスの上部中央と対応した位置
に、画像入力装置５（本発明でいうレーン認識手段に相
当）が設けられている。この画像入力装置５は、例えば
ＣＣＤカメラのような撮像手段を含んで成るもので、そ
の光軸が自動車１の長手方向の中心軸に沿うように調整
されており、自動車１と走行レーンＡの白線ａとの間の
距離算出に必要な画像データを出力する構成となってい
る。

【００１６】この場合、図２にも示すように、ステアリ
ングホイール２と前輪操舵機構３との間を繋ぐステアリ
ングシャフト６には、電磁ブレーキ７（本発明でいう転
舵力変更手段に相当）が設けられている。

【００１７】具体的には、上記電磁ブレーキ７は図３に
示すような構成とされている。即ち、図３において、電
磁ブレーキ７は、それぞれ環状に形成された電磁石部７
ａ及び磁性体製のディスク部７ｂを備えた電磁カップリ
ング形式のもので、電磁石部７ａは、車体１ａに対し取
り付け金具８を介して固定され、ディスク部７ｂは、ス
テアリングシャフト６の周りにネジ９を介して同軸状に
固定される。この場合、電磁石部７ａにはステアリング
シャフト６が貫通した状態とされるものであり、これに
より当該電磁石部７ａとディスク部７ｂが同軸状配置と
なるように構成される。

【００１８】このような電磁ブレーキ７が設けられた結
果、その動作状態（電磁石部７ａに通電された状態）で
は、自動車１の前輪１ａ（図１参照）の転舵に必要な力
が増大するようになる。

【００１９】図３に示すように、電磁石部７ａには電源
端子＋Ｂからリレー１０を介して通電される構成となっ
ている。上記リレー１０は、断電状態で図示しないリレ
ー接点をオンするノーマルクローズタイプのものであ
り、従って、このリレー１０が断電された状態では、電
磁石部７ａに通電されて電磁ブレーキ７が動作され、リ
レー１０に通電された状態では、電磁石部７ａが断電さ
れて電磁ブレーキ７が動作停止されることになる。この
場合、上記のようなリレー１０の通断電制御（つまり、
電磁ブレーキ７の動作制御）は、後述するＥＣＵ１１を
通じて行なわれる構成となっている。

【００２０】また、電源端子＋Ｂとリレー１０との間に
は、運転者がステアリングホイール２を握った状態でオ
ンするように構成された常開形のタッチスイッチ１２
（本発明でいうスイッチ要素に相当）が設けられてお
り、これにより、タッチスイッチ１２がオンされた場合
にも、リレー１０に通電されて電磁ブレーキ７が動作停
止されることになる。

【００２１】要部の電気的構成を示す図４において、車
速センサ１３は、自動車１の走行速度を示す車速信号Ｖ
を出力する構成となっており、また、操舵角センサ１４
は、ステアリングホイール２のニュートラル位置からの
操舵角を示す角度信号θを出力する構成となっている。
ＥＣＵ１１は、本発明でいう車両位置判定手段及び走行
制御手段の機能を備えたもので、前述した画像入力装置
５からの画像データの他に、上記車速センサ１３からの
車速信号Ｖ及び操舵角センサ１４からの角度信号θを受
けるようになっている。

【００２２】ＥＣＵ１１は、上記のような各入力信号及
び予め記憶したプログラムに基づいて、前記後輪操舵機
構４及び電磁ブレーキ７を制御する構成となっている。
この場合、後輪操舵機構４からは操舵角を示す信号がフ
ィードバックされるようになっており、また、電磁ブレ
ーキ７の動作制御は前記リレー１０を通じて行なわれる
ようになっている。特に、ＥＣＵ１１は、手動運転時
（自律走行を行なっていない状態時）には、リレー１０
に通電して電磁ブレーキ７を動作停止させた状態に保持
する構成とされている。

【００２３】図５には、ＥＣＵ１１による制御内容のう
ち、自律走行のための制御プログラムが概略的に示され
ており、以下これについて説明する。即ち、図５の制御
プログラムの実行が許可された状態では、まず、後輪１
ｂ（図１参照）の操舵角を零（ニュートラル状態）に設
定するための指令を後輪操舵機構４に与える（ステップ
１０１）。次いで、車速信号Ｖにより示される自動車１
の走行速度が、予め設定された基準車速Ｖｓ以上か否か
を判断し（ステップ１０２）、「ＹＥＳ」と判断した場
合には、角度信号θにより示されるステアリングホイー
ル２の操舵角が予め設定された基準角度θｓ（自動車１
が直進状態となる角度）未満であるか否かを判断する
（ステップ１０３）。

【００２４】上記ステップ１０３で「ＹＥＳ」と判断し
た場合、つまり、自動車１の走行速度が設定車速以上あ
ること、並びに前輪操舵角が予め設定された角度範囲内
にあること（自動車１が直進若しくはこれに近い状態に
あること）の双方が満たされた場合には、これを自律走
行条件が成立したものと見なして、自律走行運転のため
のステップ１０４〜１０６を順次実行する。

【００２５】具体的には、ステップ１０４では、画像入
力装置５からの画像データ及び車速センサ１３からの車
速信号Ｖなどに基づいて、自動車１と走行レーンＡとの
相対的位置関係を判定し、その判定結果に基づいて自動
車１の走行位置を走行レーンＡの中央部に保つための修
正操舵に必要な後輪操舵角を算出する。ステップ１０５
では、後輪操舵機構４に対し、後輪操舵角を上記のよう
な算出値となるように変更する指令を出力する。

【００２６】ステップ１０６では、電磁ブレーキ７を動
作状態に切り替える指令（リレー１０を断電する指令）
を出力することによって、自動車１の前輪１ａの転舵に
必要な力が増大するように制御するものであり、このス
テップ１０６を実行した後にはステップ１０２へ戻る。

【００２７】一方、前記ステップ１０２及び１０３の何
れかで「ＮＯ」と判断された場合、つまり、前述した自
律走行条件（自動車１の走行速度が設定車速以上あるこ
と、前輪操舵角が予め設定された角度範囲内にあること
の双方が満たされた状態）が成立しなくなった場合に
は、電磁ブレーキ７を動作停止状態に切り替える指令
（リレー１０に通電する指令）を出力するステップ１０
７、後輪操舵角を零に設定するための指令を後輪操舵機
構４に与えるステップ１０８を順次実行してステップ１
０２へ戻る。

【００２８】ＥＣＵ１１において以上のような制御が行
われる結果、次に述べるような作用・効果が得られる。
即ち、自律走行条件が成立したとき、つまり、自動車１
の走行速度が設定車速以上あること、前輪操舵角が予め
設定された角度範囲内にあること（自動車１が直進若し
くはこれに近い状態にあること）の双方が満たされた場
合のみ、後輪操舵による自律走行運転へ移行される構成
となっているから、手動運転から自律走行運転への切り
替えに際して自動車１の挙動が不安定になる事態を未然
に防止できる。

【００２９】後輪操舵による自律走行時においては、電
磁ブレーキ７を動作させることにより前輪１ａの転舵に
必要な力を増大させる構成、換言すれば前輪１ａがふら
つかないように負荷をかける構成となっているから、後
輪操舵により自動車１の進路変更を行う際に、前輪１ａ
が後輪操舵による進路変更効果を打ち消す方向へ不用意
に転舵される現象が発生することがなくなる。

【００３０】つまり、自動車１の前輪１ａが、電磁ブレ
ーキ７の作用により直進状態に保たれる状態では、図６
（ａ）に摸式的に示すように、後輪１ｂを例えば左方向
に操舵すれば自動車１に右回りの偏向モーメントＷＲを
発生させることができて、自動車１の進行方向を矢印Ｘ
で示すように右方向に変更できる。

【００３１】これに対して、前輪１ａが自由に動き得る
状態にあった場合には、例えば図６（ｂ）に摸式的に示
すように、車両の進行方向を右方向へ変更すべく後輪１
ｂを左方向に操舵した場合に、前輪１ａが後輪操舵によ
る進路変更効果を打ち消す方向（図６（ｂ）の例では左
方向）へ不用意に転舵される現象が発生するものであ
る。

【００３２】従って、この場合には、後輪１ｂの操舵に
応じた右回りの偏向モーメントＷＲが、前輪１ａの転舵
現象に応じた左回りの偏向モーメントＷＬにより打ち消
されることになるため、自動車１は、意図した進行方向
（この例では右方向）ではなく、進行しようとする方向
に対し傾きを持ちながら直進する方向（矢印Ｙで示す方
向）へ走行してしまい、自律走行のための自動的な操舵
機能が阻害されることになるが、本実施例の構成によれ
ばこのような事態を招く虞がなくなる。

【００３３】尚、上記負荷量を前輪がふらつかず、且つ
運転者が操舵可能な値に設定することにより、本自動操
舵装置に異常が発生しても運転者は車両をコントロール
することができる。

【００３４】また、自律走行条件が成立しなくなった場
合において、自律走行運転から手動運転へ切り替える際
には、電磁ブレーキ７を動作停止させることによって、
前輪１ａの転舵に必要な力を初期状態に戻すだけ良いか
ら、その切り替えを、運転者に違和感を与えることなく
迅速且つ円滑に行うことが可能になる。

【００３５】勿論、自律走行運転状態から手動運転状態
に戻ったときには、電磁ブレーキ７が動作停止されると
共に、後輪１ｂの操舵角が零の状態に復元されるから、
その後の走行に支障を生ずることはない。

【００３６】自律走行運転時において、運転者がステア
リングホイール２を握ったときには、タッチスイッチ１
２がオン状態となってリレー１０に通電されるため、電
磁ブレーキ７が動作停止された初期状態に戻されるよう
になり、これに応じてステアリングホイール２の操作に
必要な力が低減されることになる。そして、図５に示し
た制御プログラムによれば、自律走行運転状態において
は、ステアリングホイール２が運転者の意思により予め
設定された上限角度（基準角度θｓ）以上操舵されたと
きには、ステップ１０３で「ＮＯ」と判断されて自律走
行運転が停止される構成となっている。

【００３７】従って、自律走行運転が行われている状態
で、手動運転による操舵が必要となった場合には、その
手動運転への切り替えを、ステアリングホイール２の操
作に応じて迅速且つ円滑に行い得るようになり、また、
このときには、ステアリングホイール２を握った段階
で、その操作に必要な力が通常の状態に自動的に戻され
るから、上記のように手動運転へ切り替える際の操作性
が向上する。

【００３８】尚、上記第１実施例では、自律走行運転か
ら手動運転への切り替えに際して電磁ブレーキ７により
増大された前輪操舵力を初期状態に戻す場合に、その電
磁ブレーキ７を単純に動作停止させる構成としたが、本
発明の第２実施例を示す図７のように、電磁ブレーキ７
により増大された状態の前輪転舵力を時間の経過と共に
漸減させる構成としても良い。

【００３９】具体的には、このような技術を採用する場
合には、電磁ブレーキ７の電磁石部７ａに対する印加電
圧を、ＥＣＵ１１からの指令により調整可能な電圧調整
手段を設け、図７に示すように、上記印加電圧を、自律
走行運転から手動運転へ切り替えられたタイミングｔ１
以降において漸減させる構成とすれば良い。

【００４０】この第２実施例のように、前輪１ａの転舵
に必要な力が漸減される構成となっていた場合には、運
転者がステアリングホイール２を過剰に操舵してしまう
事態を未然に防止できるようになる。つまり、手動運転
への切り替えに応じて前輪１ａの転舵に必要な力が急激
に減少する構成となっていた場合には、操舵に必要な力
が増大された状態のステアリングホイール２に対して、
その回動のための比較的大きな操作力を加えている状態
から、前輪転舵に必要な力が急減することになるため、
勢い余ってステアリングホイール２を過剰に操舵する可
能性が高くなるが、本実施例によれば、このような過剰
操舵を未然に防止できるようになる。

【００４１】図８には本発明の第３実施例が示されてお
り、以下これについて前記第１実施例と異なる部分のみ
説明する。即ち、この第３実施例は、パワーステアリン
グの油圧制御機能を転舵力変更手段として利用すること
により電磁ブレーキ７を不要にした点に特徴を有するも
のである。

【００４２】具体的には、図８において、油圧式のパワ
ーステアリング装置１５は、復動シリンダ１６、油圧制
御用のコントロールバルブ１７、パワーステアリングポ
ンプ１８、オイルタンク１９、２０などを備えた周知構
成のもので、本実施例では、コントロールバルブ１７か
ら復動シリンダ１６の高圧側作動口１６ａ及び低圧側作
動口１６ｂへ至る各配管の途中に、転舵力変更手段とし
ての電磁比例流量制御弁２１、２１を設け、これら流量
制御弁２１の開度をＥＣＵ１１により制御できる構成と
する。

【００４３】そして、ＥＣＵ１１は、自律走行運転時に
は、上記電磁比例流量制御弁２１、２１の開度を絞るこ
とによって復動シリンダ１６への作動油の出入量を制限
するものであり、これにより前輪１ａの転舵に必要な力
を増大させる。

【００４４】尚、この第３実施例において、電磁比例流
量制御弁２１を断電状態で全開されるノーマルオープン
タイプのものとすれば、万一、その電源供給線が断線し
た場合でもステアリングホイール２の通常操作を確保で
きるというフェイルセーフ機能が得られる。また、この
場合において、上記電源供給線を、運転者がステアリン
グホイール２を握った状態でオフする常閉形のタッチス
イッチにより断線する構成としておけば、自律走行運転
時において、運転者がステアリングホイール２を握った
ときには、タッチスイッチのオフに応じて電磁比例流量
制御弁２１が全開されて、前輪１ａの転舵に必要な力が
初期状態に戻されるようになるから、自律走行運転から
手動運転への切り替えを、運転者の意思により容易且つ
自然に行い得るようになる。

【００４５】尚、本発明は上記した実施例に限定される
ものではなく、次のような変形または拡張が可能であ
る。ステアリングホイール２が操作されたときの回動ト
ルクを検出するトルク検出手段（例えば特開平６−２２
９８４９号公報に見られるように、ステアリングホイー
ルとステアリングシャフトとの間を板バネにより連結す
ると共に、この板バネの撓み変形量を、ステアリングホ
イール及びステアリングシャフト間に作用するトルクと
して電気的に検出する構成のもの）を設け、自律走行運
転の実行時においてステアリングホイール２が予め設定
されたトルク以上の力で操舵された状態を上記トルク検
出手段により検出したときに、当該自律走行運転を停止
すると共に、前輪１ａの転舵に必要な力を初期状態に戻
す構成としても良い。

【００４６】スイッチ要素として、ステアリングホイー
ル２に設けたタッチスイッチ１２を例に挙げたが、手動
操作される通常のスイッチをスイッチ要素として設ける
構成としても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例での自動車と走行レーンと
の関係を示す透視的平面図

【図２】要部の斜視図

【図３】電磁ブレーキの縦断面構造及び関連構成を実体
的に示した図

【図４】電気的構成を示す機能ブロック図

【図５】制御プログラムを示すフローチャート

【図６】作用説明用の摸式的平面図

【図７】本発明の第２実施例での電磁ブレーキの制御例
を説明するためのタイミングチャート

【図８】本発明の第３実施例を示す摸式図

【符号の説明】

１…自動車（車両）、１ａ…前輪、１ｂ…後輪、２…ス
テアリングホイール、３…前輪操舵機構、４…後輪操舵
機構、５…画像入力装置（レーン認識手段）、６…ステ
アリングシャフト、７…電磁ブレーキ（転舵力変更手
段）、１１…ＥＣＵ（車両位置判定手段、走行制御手
段）、１２…タッチスイッチ（スイッチ要素）、１３…
車速センサ、１４…操舵角センサ、１５…パワーステア
リング装置、１６…復動シリンダ、２１…電磁比例流量
制御弁（転舵力変更手段）。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングホイールにより操舵される
   前輪操舵機構の他に、後輪操舵機構を備え、自律走行運
   転時には前記後輪操舵機構を通じて後輪を操舵するよう
   にした車両用の自動操舵システムにおいて、 車道上の走行レーンを検知するためのレーン認識手段
   と、 このレーン認識手段の検知出力に基づいて車両と走行レ
   ーンとの相対的位置関係を判定する車両位置判定手段
   と、 所定の自律走行条件が成立している状態でのみ動作が許
   容されるように設けられ、その動作状態では前記車両位
   置判定手段の出力に基づいて前記後輪操舵機構を制御す
   ることにより車両の自律走行運転を実行する走行制御手
   段と、 この走行制御手段による自律走行運転の実行時に前記前
   輪の転舵に必要な力を増大させるように働く転舵力変更
   手段とを備えたことを特徴とする車両用の自動操舵シス
   テム。
2. 【請求項２】 前記自律走行条件は、車両の走行速度が
   設定車速以上あること、並びに前輪操舵角が予め設定さ
   れた角度範囲内にあることの双方が満たされたときに成
   立することを特徴とする請求項１記載の車両用の自動操
   舵システム。
3. 【請求項３】 前記走行制御手段は、自律走行運転の実
   行時において前記ステアリングホイールによる操舵角が
   予め設定された上限角度以上となったときに当該自律走
   行運転を停止することを特徴とする請求項１または２記
   載の車両用の自動操舵システム。
4. 【請求項４】 運転者により操作されるスイッチ要素を
   備え、このスイッチ要素の操作に応じて前記転舵力変更
   手段が初期状態に戻されるように構成したことを特徴と
   する請求項３記載の車両用の自動操舵システム。
5. 【請求項５】 前記スイッチ要素は、前記ステアリング
   ホイールに設けられたタッチスイッチにより構成されて
   いることを特徴とする請求項４記載の車両用の自動操舵
   システム。
6. 【請求項６】 前記走行制御手段は、自律走行運転の実
   行時において前記ステアリングホイールが予め設定され
   たトルク以上の力で操舵されたときに当該自律走行運転
   を停止することを特徴とする請求項１または２記載の車
   両用の自動操舵システム。
7. 【請求項７】 前記走行制御手段は、自律走行運転の停
   止時に前記転舵力変更手段により増大された前輪の転舵
   に必要な力を初期状態に戻す際に、その転舵力を時間の
   経過と共に漸減させるように構成されていることを特徴
   とする請求項１〜６の何れかに記載の車両用の自動操舵
   システム。