WO2023140237A1 - 車両走行制御装置 - Google Patents

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WO2023140237A1
WO2023140237A1 PCT/JP2023/001122 JP2023001122W WO2023140237A1 WO 2023140237 A1 WO2023140237 A1 WO 2023140237A1 JP 2023001122 W JP2023001122 W JP 2023001122W WO 2023140237 A1 WO2023140237 A1 WO 2023140237A1
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WO
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tire
tire angle
angle
vehicle
cooperative
Prior art date
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PCT/JP2023/001122
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English (en)
French (fr)
Inventor
泉樹 立入
雄大 鈴木
Original Assignee
株式会社デンソー
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
    • B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
    • B62D7/15—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels

Definitions

  • the present disclosure relates to a vehicle travel control device.
  • Patent Document 1 guides the vehicle to the side of a vacant parking space by a driving support device, then turns each wheel at right angles to the center line of the vehicle, and parallel parks in the vacant space by lateral movement.
  • An object of the present disclosure is to provide a vehicle travel control device that suppresses yaw turning during lateral movement or oblique movement.
  • the vehicle travel control device can steer all three or more tires, and the steering torque output by the steering motor according to the target tire angle is transmitted to each tire via the torque transmission device to control the travel of the vehicle in which each tire is steered.
  • This vehicle travel control device includes a movement direction instruction section, a target tire angle calculation control section, and a cooperative tire angle calculation section.
  • the movement direction instruction unit indicates the direction of lateral movement or diagonal movement.
  • the target tire angle calculation control section calculates and indicates a target tire angle for each tire based on the movement direction instruction value from the movement direction instruction section.
  • the coordinated tire angle calculation unit calculates a coordinated tire angle that coordinates the moving directions of the tires based on the current tire angle of each tire detected by the tire angle sensor.
  • the target tire angle calculation control unit corrects the target tire angle calculated based on the moving direction instruction value so as to approach the coordinated tire angle, and instructs the steering motor of the target tire angle after correction.
  • FIG. 1 is a block diagram of an independent steered vehicle equipped with a vehicle running control device according to first to third embodiments;
  • FIG. 2A is a diagram showing diagonal movement with an independently steered vehicle;
  • FIG. 2B is a diagram showing lateral movement in an independently steered vehicle;
  • FIG. 3 is a diagram for explaining turning during oblique movement due to steering delay,
  • FIG. 4 is a block diagram of cooperative control according to the first embodiment,
  • FIG. 5 is a diagram showing changes in tire angle and yaw angle during oblique movement (45 degrees), FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing changes in tire angle and yaw angle during lateral movement
  • FIG. 7 is a flowchart of cooperative control according to the first embodiment
  • FIG. 8 is a diagram explaining the difference between feedback control and cooperative control with respect to the target tire angle.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining selection of cooperative tire angles during parallel parking in lateral movement.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the selection of the cooperative tire angle when changing lanes with diagonal movement;
  • FIG. 11 is a diagram showing the yaw angle of the vehicle assumed in the second embodiment,
  • FIG. 12 is a block diagram of cooperative control according to the second embodiment,
  • FIG. 13 is a diagram showing the yaw angle deviation between the white line and the vehicle body assumed in the third embodiment, FIG.
  • FIG. 14 is a block diagram of cooperative control according to the third embodiment
  • FIG. 15 is a block diagram of an independently steered vehicle in which the vehicle running control device of the fourth embodiment is mounted and in which the arrangement of tire angle sensors is different
  • FIG. 16 is a block diagram of a vehicle in which left and right wheels are mechanically coupled, on which the vehicle running control system of the fifth embodiment is mounted.
  • a vehicle travel control device will be described based on the drawings.
  • the first to fifth embodiments are collectively referred to as "this embodiment".
  • the vehicle running control device of this embodiment controls the running of a vehicle in which all three or more wheels can be steered.
  • the vehicle travel control device is mounted on a four-wheel independent steering vehicle in which all tires can be steered independently.
  • the vehicle running control device is mounted on a vehicle having one or more pairs of left and right wheels mechanically coupled.
  • FIG. 1 A vehicle travel control device 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 10.
  • FIG. An independently steered vehicle 100 shown in FIG. 1 has four tires 91 to 94 that can all be steered independently, and is commonly equipped with the vehicle travel control apparatus 10 of the first to third embodiments.
  • the front left wheel 91 is labeled "FL”
  • the front right wheel 92 is labeled "FR”
  • the rear left wheel 93 is labeled "RL”
  • the rear right wheel 94 is labeled "RR”.
  • the vehicle 100 is provided with steering motors 71-74, torque transmission devices 81-84, and tire angle sensors 61-64 corresponding to the tires 91-94.
  • the numbers "1" to "4" in the second digit of the code of each element correspond. The same applies to the symbols of the steering torque T1-T4, the target tire angle ⁇ * 1- ⁇ * 4, and the current tire angle ⁇ s1- ⁇ s4.
  • the symbols of the steering motor 71, the torque transmission device 81, and the tire angle sensor 61 corresponding to the left front wheel 91, and the symbols of the steering torque T1, the target tire angle ⁇ * 1, and the current tire angle ⁇ s1 will be used. The same applies to the other tires 92, 93, 94.
  • the steering motor 71 outputs a steering torque T1 according to the target tire angle ⁇ * 1 instructed by the target tire angle calculation control section 12 of the vehicle running control device 10 .
  • the torque transmission device 81 transmits the steering torque T ⁇ b>1 output by the steering motor 71 to the tires 91 .
  • the tires 91 are steered by the transmitted steering torque T1.
  • the tire angle sensor 61 detects the current tire angle ⁇ s1 of the steered tire 91 and notifies the cooperative tire angle calculator 13 of it.
  • the tire angle sensor 61 shown in FIG. 1 is composed of a motor angle sensor provided in the steering motor 71, and multiplies the motor angle by a conversion factor to estimate the tire angle.
  • Another configuration of the tire angle sensor 61 is shown in FIG. 15 as a fourth embodiment.
  • the features of the independently steered vehicle 100 will be described.
  • a pair of left and right tires are mechanically connected via a link, and the tires are steered by steering.
  • the vehicle will develop into a steer-by-wire in which the steering and the link of the left and right tires are mechanically separated, and a four-wheel independent steering vehicle in which not only the left and right front wheels but also the left and right rear wheels can be steered independently.
  • a four-wheel independent steering vehicle can move diagonally as shown in FIG. 2A and laterally as shown in FIG. 2B.
  • diagonal movement all tires 91-94 are steered to the same tire angle (eg, 45 degrees).
  • lateral movement all tires 91-94 are steered to 90 degrees.
  • diagonal movement is effective when changing lanes, and lateral movement is effective when parallel parking.
  • front side of the independently steered vehicle 100 is illustrated in a streamlined shape from FIG. 2A onward.
  • the letters "front/rear" and "center of gravity" of the vehicle are shown only in FIG. 2A and are omitted in subsequent figures.
  • This phenomenon is the same in the transition period when the tire angle changes. For example, in a scene where the tire angles are steered by 20 degrees, even if all the tire angles are 20 degrees in the final steady state, it is assumed that the tires other than one wheel are 10 degrees and the other wheel is 9 degrees in the transitional period. In this case, the lateral movement or the oblique movement is started while the vehicle is yaw turning.
  • the vehicle travel control device 10 of the present embodiment aims to suppress yaw turning during lateral movement or oblique movement.
  • the vehicle travel control device 10 includes a moving direction instruction section 11 , a target tire angle calculation control section 12 , and a cooperative tire angle calculation section 13 .
  • the movement direction instruction unit 11 instructs the direction of lateral movement or diagonal movement as a movement direction instruction value.
  • the target tire angle calculation control section 12 calculates target tire angles ⁇ * 1 ⁇ * 4 of the tires 91 to 94 based on the movement direction instruction values from the movement direction instruction section 11 and instructs them.
  • the coordinated tire angle calculator 13 calculates a "coordinated tire angle" that coordinates the moving directions of the tires 91-94. Further, the cooperative tire angle calculator 13 calculates a correction value ⁇ c1- ⁇ c4 for the target tire angle ⁇ * 1 ⁇ * 4 from the difference between the cooperative tire angle and the target tire angle ⁇ * 1 ⁇ * 4. Inputs from the yaw angle sensor 40 and the on-road object detection device 50 will be described later in the second and third embodiments.
  • the target tire angle calculation control unit 12 acquires the correction value from the cooperative tire angle calculation unit 13, and corrects the target tire angle ⁇ * 1 ⁇ * 4 calculated based on the movement direction instruction value so as to approach the cooperative tire angle. Then, the target tire angle calculation control unit 12 instructs the steering motors 71 to 74 of the corrected target tire angles.
  • Such a series of controls based on the feedback of the current tire angles ⁇ s1- ⁇ s4 is called "cooperative control".
  • FIG. 4 shows a block diagram of cooperative control according to the first embodiment.
  • the current tire angles ⁇ s1- ⁇ s4 of the tires 91-94 steered by the steering motors 71-74 are input to the cooperative tire angle calculator 13.
  • FIG. The cooperative tire angle calculator 13 calculates a cooperative tire angle based on the current tire angle ⁇ s1- ⁇ s4, and further calculates a correction value ⁇ c1- ⁇ c4 from the difference between the cooperative tire angle and the target tire angle ⁇ * 1- ⁇ * 4.
  • a value obtained by multiplying the correction value .theta.c1-.theta.c4 by the gain is added to the target tire angle .theta .* 1-.theta .* 4.
  • the gain is basically set to one.
  • the correction value may be subtracted from the target tire angle ⁇ * 1 ⁇ * 4 depending on the setting of the sign of the correction value.
  • FIG. 5 shows changes in the tire angle and yaw angle with and without cooperative control during diagonal movement of 45 degrees.
  • the tire angle changes from 0 deg to 45 deg during the period from time ts to time te while the vehicle is traveling at a constant speed of 10 km/h.
  • the tire angle of the front left wheel 91 (FL) lags behind the tire angles of the other tires 92, 93, 94 (FR, RL, RR) by a maximum of 2.3 degrees.
  • the maximum yaw angle of the vehicle is 4.3 degrees.
  • the tire angle delay of the left front wheel 91 (FL) is reduced to a maximum of 0.2 degrees.
  • the yaw angle of the vehicle is suppressed up to 0.8 deg.
  • FIG. 6 shows changes in the tire angle and yaw angle when the vehicle is laterally moving without and with cooperative control.
  • the tire angle changes from 0 deg to 90 deg during the period from time ts to time te.
  • the tire angle of the front left wheel 91 FL
  • the tire angle of the other tires 92, 93, 94 FR, RL, RR
  • the maximum yaw angle of the vehicle is 4.7 degrees.
  • the tire angle delay of the left front wheel 91 (FL) is reduced to a maximum of 0.4 degrees.
  • the yaw angle of the vehicle is suppressed up to 0.9 deg.
  • the deviation of the left front wheel 91 at the end of the lateral movement is within the width of the white line (0.15 m), and the vehicle can be parked without protruding from the white line.
  • the flowchart of FIG. 7 shows the cooperative control routine according to the first embodiment.
  • the symbol "S” means step.
  • the vehicle 100 is running in S1.
  • the movement direction instructing section 11 instructs the movement direction.
  • the target tire angle calculation control unit 12 instructs each tire 91-94 of the target tire angle.
  • the steering motors 71-74 steer the tires 91-94.
  • the tire angle sensors 61-64 detect the current tire angles ⁇ s1- ⁇ s4 of the tires 91-94 and notify the cooperative tire angle calculator 13 of them.
  • the cooperative tire angle calculator 13 calculates the cooperative tire angle based on the current tire angles ⁇ s1- ⁇ s4. Further, in S7, the cooperative tire angle calculator 13 calculates a correction value ⁇ c1- ⁇ c4 for the target tire angle ⁇ * 1- ⁇ * 4 from the difference between the cooperative tire angle and the target tire angle ⁇ * 1- ⁇ * 4.
  • S8 it is determined whether the absolute values of the correction values ⁇ c1- ⁇ c4 are greater than the threshold for each of the tires 91-94.
  • the threshold value is set to a value which can be regarded as substantially 0 when the detection errors of the tire angle sensors 61-64 are taken into consideration. If YES in S8, the target tire angle calculation control section 12 corrects the target tire angle ⁇ * 1- ⁇ * 4 by adding the correction value ⁇ c1- ⁇ c4 to the target tire angle ⁇ * 1- ⁇ * 4 in S9. Then, the return routine is repeated before S4.
  • FIG. 8 shows the effect of feedback control on the target tire angle.
  • the tires 91-94 are steered so that the current tire angles .theta.s1-.theta.s4 of the tires 91-94 match the target tire angles .theta. * 1-.theta. * 4. If the current tire angles ⁇ s1- ⁇ s4 are different, yaw turning may occur.
  • the allowable movement distance in the vehicle traveling direction is not as severe as in parallel parking, so instead of using the maximum tire angle of [A], the minimum tire angle of [B] may be selected as the cooperative tire angle to suppress the tire angle of each tire 91-94.
  • the minimum tire angle of [B] may be selected as the cooperative tire angle to suppress the tire angle of each tire 91-94.
  • the cooperative tire angle calculator 13 may use the average value of all the current tire angles ⁇ s1- ⁇ s4 as the cooperative tire angle. As a result, less correction steering is required than when the lagging tire is coordinated with the tire having the maximum tire angle, so the energy required for the correction steering can be reduced.
  • the vehicle 100 is provided with a yaw angle sensor 40 that detects the yaw angle of the vehicle 100, as indicated by the dashed line in FIG.
  • the yaw angle sensor also includes a yaw rate sensor and the like.
  • Yaw turning during lateral movement and diagonal movement can be suppressed by cooperative control.
  • one of the tires is steered to match the coordinated tire angle, slight yaw turning occurs.
  • a maximum yaw angle of 0.9 degrees is generated even with cooperative control. Therefore, as shown in FIG. 11, the vehicle may be stopped while leaning against the road edge.
  • a value obtained by multiplying the yaw angle obtained from the yaw angle sensor 40 by a predetermined gain is input to the cooperative tire angle calculator 13.
  • the cooperative tire angle calculation unit 13 calculates the cooperative tire angle so as to cancel the generated yaw angle.
  • the vehicle 100 is provided with a road object detection device 50 that detects road objects including road white lines and guardrails.
  • road objects include not only three-dimensional objects but also two-dimensional signs such as white lines that do not have substantial thickness.
  • objects on the road are not limited to objects that always exist in the surrounding environment, and include other vehicles parked next to the vehicle.
  • the road object detection device 50 is composed of an image detection device such as a camera, a sonar, and the like.
  • a value obtained by multiplying the yaw angle deviation between the white line/guardrail and the vehicle body by a predetermined gain is input to the cooperative tire angle calculator 13.
  • the cooperative tire angle calculation unit 13 calculates the cooperative tire angle so as to cancel the yaw angle deviation. Thereby, the yaw angle deviation can be corrected, and the vehicle 100 can be stopped parallel to the road edge.
  • the tire angle sensors 61-64 directly detect the angles of the tires 91-94, thereby eliminating the effects of angle errors due to backlash of the torque transmission device 81, etc., and accurately detecting the current tire angles ⁇ s1- ⁇ s4.
  • the vehicle travel control device 10 is mounted on a vehicle 105 in which four wheels 91-94 are steerable and at least a pair of left and right wheels in the front row or the rear row are mechanically coupled.
  • left and right wheels 91 and 92 in the front row and left and right wheels 93 and 94 in the rear row are mechanically coupled by rack shafts 95 and 96, respectively.
  • Each tire 91-94 is connected to both ends of rack shafts 95 and 96 via a link mechanism such as a tie rod.
  • a vehicle called "4WS" corresponds to this.
  • link mechanism is preferably configured so that each tire can be steered by 90 degrees or more and can move laterally. However, even if the maximum steering angle is less than 90 degrees and lateral movement is not possible, diagonal movement is possible. In that case, cooperative control may be performed only for diagonal movement.
  • the steering torque T12 output by the steering motor 75 in accordance with the target tire angle ⁇ * 12 is transmitted to the rack shaft 95 via the torque transmission device 85, and the rack shaft 95 is driven left and right, whereby the left front wheel 91 and the right front wheel 92 are steered in conjunction.
  • the tire angle sensor 65 detects the current tire angle ⁇ s12 of the left front wheel 91 and the right front wheel 92, and notifies the cooperative tire angle calculator 13 of the current tire angle ⁇ s12.
  • the steering torque T34 output by the steering motor 76 according to the target tire angle ⁇ * 34 is transmitted to the rack shaft 96 via the torque transmission device 86, and the rack shaft 96 is driven left and right, whereby the left rear wheel 93 and the right rear wheel 94 are steered in conjunction.
  • the tire angle sensor 66 detects the current tire angles ⁇ s34 of the left rear wheel 93 and the right rear wheel 94 and notifies the cooperative tire angle calculator 13 of them.
  • the cooperative tire angle calculator 13 calculates the cooperative tire angle so that the tire angle ⁇ s12 of the front row and the tire angle ⁇ s34 of the rear row are the same.
  • the vehicle 105 with this configuration has fewer steering motors, torque transmission devices, and tire angle sensors than the independent steering vehicle 100, so the vehicle cost is reduced. In addition, the computational load of the cooperative tire angle by the cooperative tire angle calculator 13 is also reduced.
  • the vehicle running control device may be mounted on a partially independently steered vehicle in which the front left wheel 91 and the front right wheel 92 are steerable independently and the rear left wheel 93 and the rear right wheel 94 are mechanically coupled.
  • the independently steered vehicle 100 or the vehicle 105 in which the left and right wheels are mechanically coupled is not limited to a four-wheeled vehicle, and may be a vehicle in which all three or more wheels can be steered.
  • Each controller and method described in the present disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program.
  • each of the controls and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring the processor with one or more dedicated hardware logic circuits.
  • each controller and method described in this disclosure may be implemented by one or more dedicated computers configured with a processor and memory programmed to perform one or more functions in combination with the processor configured by one or more hardware logic circuits.
  • the computer program may also be stored as computer-executable instructions on a computer-readable non-transitional tangible recording medium.

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Abstract

全てのタイヤ（９１－９４）が転舵可能であり、目標タイヤ角に応じて転舵モータ（７１－７６）が出力した転舵トルクがトルク伝達装置（８１－８４）を介して各タイヤに伝達され、各タイヤが転舵される車両（１００、１０５）の走行を、車両走行制御装置（１０）は制御する。移動方向指示部（１１）は、横移動又は斜め移動の方向を指示する。目標タイヤ角算出制御部（１２）は、移動方向指示部（１１）による移動方向指示値に基づき、各タイヤの目標タイヤ角を算出し指示する。協調タイヤ角算出部（１３）は、タイヤ角センサ（６１－６４）が検出した各タイヤの現タイヤ角に基づき、各タイヤの移動方向を協調させる協調タイヤ角を算出する。目標タイヤ角算出制御部（１２）は、移動方向指示値に基づき算出した目標タイヤ角を協調タイヤ角に近づけるように補正し、補正後の目標タイヤ角を転舵モータ（７１－７４）に指示する。

Description

車両走行制御装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２２年１月２１日に出願された日本出願番号２０２２－００８２７３号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、車両走行制御装置に関する。
　従来、斜め方向又は横方向の移動により自車両を目標位置に導く技術が知られている。例えば特許文献１に開示された車両は、運転支援装置により駐車可能な空き場所の横へ自車両を導いた後、各車輪を車両中心線に対して直角に転舵し、横移動により空き場所に縦列駐車を行う。
特開２０１６－１７９７３９号公報
　特許文献１の車両において四輪のうちいずれか一輪のタイヤ角が他の車輪のタイヤ角に対してずれると、横移動中にヨー旋回が発生し、駐車場所に斜めに駐車される。この問題は、横移動の場合に限らず、斜め移動の場合にも同様に生じる。
　本開示の目的は、横移動又は斜め移動中のヨー旋回を抑制する車両走行制御装置を提供することにある。
　本開示による車両走行制御装置は、三輪以上の全てのタイヤが転舵可能であり、目標タイヤ角に応じて転舵モータが出力した転舵トルクがトルク伝達装置を介して各タイヤに伝達され、各タイヤが転舵される車両の走行を制御する。
　この車両走行制御装置は、移動方向指示部と、目標タイヤ角算出制御部と、協調タイヤ角算出部と、を備える。
　移動方向指示部は、横移動又は斜め移動の方向を指示する。目標タイヤ角算出制御部は、移動方向指示部による移動方向指示値に基づき、各タイヤの目標タイヤ角を算出し指示する。協調タイヤ角算出部は、タイヤ角センサが検出した各タイヤの現タイヤ角に基づき、各タイヤの移動方向を協調させる協調タイヤ角を算出する。
　目標タイヤ角算出制御部は、移動方向指示値に基づき算出した目標タイヤ角を協調タイヤ角に近づけるように補正し、補正後の目標タイヤ角を転舵モータに指示する。
　本開示では、横移動又は斜め移動中にタイヤ角センサが検出した各タイヤの現タイヤ角に基づき、全てのタイヤ角を揃えるように協調制御することで、ヨー旋回を抑制することができる。
　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１～第３実施形態の車両走行制御装置が搭載される独立転舵車両のブロック図であり、 図２Ａは、独立転舵車両での斜め移動を示す図であり、 図２Ｂは、独立転舵車両での横移動を示す図であり、 図３は、転舵遅れによる斜め移動中の旋回を説明する図であり、 図４は、第１実施形態による協調制御のブロック図であり、 図５は、斜め移動（４５ｄｅｇ）時におけるタイヤ角及びヨー角の変化を示す図であり、 図６は、横移動時におけるタイヤ角及びヨー角の変化を示す図であり、 図７は、第１実施形態による協調制御のフローチャートであり、 図８は、目標タイヤ角に対するフィードバック制御と協調制御との違いについて説明する図であり、 図９は、横移動での縦列駐車時における協調タイヤ角の選定を説明する図であり、 図１０は、斜め移動でのレーン変更時における協調タイヤ角の選定を説明する図であり、 図１１は、第２実施形態で想定される車両のヨー角を示す図であり、 図１２は、第２実施形態による協調制御のブロック図であり、 図１３は、第３実施形態で想定される白線と車体とのヨー角ずれを示す図であり、 図１４は、第３実施形態による協調制御のブロック図であり、 図１５は、第４実施形態の車両走行制御装置が搭載される、タイヤ角センサの配置が異なる独立転舵車両のブロック図であり、 図１６は、第５実施形態の車両走行制御装置が搭載される、左右輪が機械的に結合された車両のブロック図である。
　複数の実施形態による車両走行制御装置を図面に基づいて説明する。第１～第５実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の車両走行制御装置は、三輪以上の全てのタイヤが転舵可能な車両の走行を制御する。第１～第４実施形態では、車両走行制御装置は、全てのタイヤが独立して転舵可能な四輪独立転舵車両に搭載される。第５実施形態では、車両走行制御装置は、一対以上の左右輪が機械的に結合された車両に搭載される。
　（第１実施形態）
　図１～図１０を参照し、第１実施形態の車両走行制御装置１０について説明する。図１に示す独立転舵車両１００は、四つのタイヤ９１－９４が全て独立に転舵可能であり、第１～第３実施形態の車両走行制御装置１０が共通に搭載される。左前輪９１に「ＦＬ」、右前輪９２に「ＦＲ」、左後輪９３に「ＲＬ」、右後輪９４に「ＲＲ」と記す。
　車両１００には、各タイヤ９１－９４に対応して、転舵モータ７１－７４、トルク伝達装置８１－８４、及びタイヤ角センサ６１－６４が備えられている。各要素の符号の２桁目の数字「１」－「４」が対応している。転舵トルクＴ１－Ｔ４、目標タイヤ角θ*１－θ*４、現タイヤ角θｓ１－θｓ４の記号についても同様である。
　代表として、左前輪９１に対応する転舵モータ７１、トルク伝達装置８１、タイヤ角センサ６１の符号、及び、転舵トルクＴ１、目標タイヤ角θ*１、現タイヤ角θｓ１の記号を用いて説明する。他のタイヤ９２、９３、９４についても同様である。
　転舵モータ７１は、車両走行制御装置１０の目標タイヤ角算出制御部１２から指示された目標タイヤ角θ*１に応じて転舵トルクＴ１を出力する。トルク伝達装置８１は、転舵モータ７１が出力した転舵トルクＴ１をタイヤ９１に伝達する。タイヤ９１は、伝達された転舵トルクＴ１により転舵される。
　タイヤ角センサ６１は、転舵されたタイヤ９１の現タイヤ角θｓ１を検出し、協調タイヤ角算出部１３に通知する。図１に示すタイヤ角センサ６１は、転舵モータ７１内に設けられたモータ角センサで構成されており、モータ角に変換係数を乗じてタイヤ角を推定する。これとは別のタイヤ角センサ６１の構成を、図１５に第４実施形態として示す。
　ここで、独立転舵車両１００の特徴について説明する。従来、一般的な車両は左右対のタイヤがリンクを介して機械的に結合されており、ステアリングの操舵によってタイヤが転舵する。今後、ステアリングと左右対タイヤのリンクとが機械的に分離したステアバイワイヤや、左右前輪に加え、左右後輪も独立して転舵可能な四輪独立転舵車両に発展していくと考えられる。
　四輪独立転舵車両では、図２Ａに示す斜め移動や、図２Ｂに示す横移動が可能である。斜め移動では、全てのタイヤ９１－９４が同じタイヤ角（例えば４５ｄｅｇ）に転舵される。横移動では、全てのタイヤ９１－９４が９０ｄｅｇに転舵される。例えば斜め移動は走行レーン変更時等に有効であり、横移動は縦列駐車時等に有効である。なお、図２Ａ以下、独立転舵車両１００の前側を流線形に図示する。車両の「前／後」及び「重心」の文字は図２Ａのみに記載し、以後の図では省略する。
　図３を参照し、横移動や斜め移動における課題について説明する。横移動や斜め移動を実現するには、全てのタイヤ９１－９４が同じ角度を向き、同じ方向に移動すればよい。しかし、各タイヤ９１－９４に加わる輪荷重や、接している路面の摩擦係数の差により、各タイヤ９１－９４を転舵させる負荷に差が生じ、いずれかのタイヤのタイヤ角が他のタイヤのタイヤ角と異なる場合が生じ得る。四輪のうち一部のタイヤの転舵がそれ以外のタイヤの転舵に対して遅れたり進んだりすると、転舵のバランスが崩れ、車両がヨー旋回する。図３に示す例では、左前輪９１の転舵が他のタイヤ９２、９３、９４に対して遅れ、反時計回り方向のヨー旋回が発生する。
　この現象は、タイヤ角が変化する過渡期においても同様である。例えばタイヤ角を２０ｄｅｇ転舵させるシーンにおいて、最終定常域ではタイヤ角がすべて２０ｄｅｇになったとしても、その過渡期において、ある一輪以外が１０ｄｅｇで、一輪が９ｄｅｇになっていた場合を想定する。この場合、車両にヨー旋回が生じた状態で横移動や斜め移動が開始される。
　そこで本実施形態の車両走行制御装置１０は、横移動又は斜め移動中のヨー旋回を抑制することを目的とする。この車両走行制御装置１０は、移動方向指示部１１、目標タイヤ角算出制御部１２、及び、協調タイヤ角算出部１３を備える。移動方向指示部１１は、横移動又は斜め移動の方向を移動方向指示値として指示する。目標タイヤ角算出制御部１２は、移動方向指示部１１による移動方向指示値に基づき、各タイヤ９１－９４の目標タイヤ角θ*１－θ*４を算出し指示する。
　協調タイヤ角算出部１３は、タイヤ角センサ６１－６４が検出した各タイヤ９１－９４の現タイヤ角θｓ１－θｓ４に基づき、各タイヤ９１－９４の移動方向を協調させる「協調タイヤ角」を算出する。また、協調タイヤ角算出部１３は、協調タイヤ角と目標タイヤ角θ*１－θ*４との差分から、目標タイヤ角θ*１－θ*４に対する補正値θｃ１－θｃ４を算出する。なお、ヨー角センサ４０及び道路上物体検出装置５０からの入力については、第２、第３実施形態において後述する。
　目標タイヤ角算出制御部１２は、協調タイヤ角算出部１３から補正値を取得し、移動方向指示値に基づき算出した目標タイヤ角θ*１－θ*４を協調タイヤ角に近づけるように補正する。そして目標タイヤ角算出制御部１２は、補正後の目標タイヤ角を転舵モータ７１－７４に指示する。このように、現タイヤ角θｓ１－θｓ４のフィードバックによる一連の制御を「協調制御」という。協調制御により全てのタイヤ９１－９４の移動方向を協調させることで、横移動又は斜め移動中のヨー旋回が抑制される。
　図４に、第１実施形態による協調制御のブロック図を示す。転舵モータ７１－７４により転舵された各タイヤ９１－９４の現タイヤ角θｓ１－θｓ４は、協調タイヤ角算出部１３に入力される。協調タイヤ角算出部１３は、現タイヤ角θｓ１－θｓ４に基づき協調タイヤ角を算出し、さらに、協調タイヤ角と目標タイヤ角θ*１－θ*４との差分から補正値θｃ１－θｃ４を算出する。補正値θｃ１－θｃ４にゲインを乗じた値が目標タイヤ角θ*１－θ*４に加算される。ここで、ゲインは基本的に１に設定される。なお、補正値の符号の設定によっては、目標タイヤ角θ*１－θ*４から補正値が減算されるようにしてもよい。
　図５に、４５ｄｅｇの斜め移動時において協調制御なしの場合と協調制御ありの場合とのタイヤ角及びヨー角の変化を示す。車両が一定速度１０ｋｍ／ｈで走行中の時刻ｔｓから時刻ｔｅまでの期間にタイヤ角は０ｄｅｇから４５ｄｅｇまで変化する。協調制御なしの場合、左前輪９１（ＦＬ）のタイヤ角が他のタイヤ９２、９３、９４（ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ）のタイヤ角に対して最大２．３ｄｅｇ遅れる。車両のヨー角は最大４．３ｄｅｇ発生する。
　これに対し、協調制御ありの場合、左前輪９１（ＦＬ）のタイヤ角の遅れは最大０．２ｄｅｇまで低減する。車両のヨー角は最大０．８ｄｅｇまで抑制される。
　図６に、横移動時において協調制御なしの場合と協調制御ありの場合とのタイヤ角及びヨー角の変化を示す。時刻ｔｓから時刻ｔｅまでの期間にタイヤ角は０ｄｅｇから９０ｄｅｇまで変化する。協調制御なしの場合、左前輪９１（ＦＬ）のタイヤ角が他のタイヤ９２、９３、９４（ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ）のタイヤ角に対して最大４．４ｄｅｇ遅れる。車両のヨー角は最大４．７ｄｅｇ発生する。すると、横移動終了時に例えば左前輪９１が道路端の白線（幅０．１５ｍ）から外れた状態で駐車される。
　これに対し、協調制御ありの場合、左前輪９１（ＦＬ）のタイヤ角の遅れは最大０．４ｄｅｇまで低減する。車両のヨー角は最大０．９ｄｅｇまで抑制される。これにより、横移動終了時の左前輪９１のずれは白線の幅（０．１５ｍ）以内となり、白線からはみ出さずに駐車可能となる。
　図７のフローチャートに、第１実施形態による協調制御のルーチンを示す。フローチャートの説明で記号「Ｓ」はステップを意味する。
　Ｓ１で車両１００は走行している。Ｓ２で移動方向指示部１１は移動方向を指示する。Ｓ３で目標タイヤ角算出制御部１２は、各タイヤ９１－９４に目標タイヤ角を指示する。Ｓ４で転舵モータ７１－７４はタイヤ９１－９４を転舵させる。
　Ｓ５でタイヤ角センサ６１－６４は、各タイヤ９１－９４の現タイヤ角θｓ１－θｓ４を検出し、協調タイヤ角算出部１３に通知する。Ｓ６で協調タイヤ角算出部１３は、現タイヤ角θｓ１－θｓ４に基づき、協調タイヤ角を算出する。さらに、Ｓ７で協調タイヤ角算出部１３は、協調タイヤ角と目標タイヤ角θ*１－θ*４との差分から、目標タイヤ角θ*１－θ*４に対する補正値θｃ１－θｃ４を算出する。
　Ｓ８では、タイヤ９１－９４毎に、補正値θｃ１－θｃ４の絶対値が閾値より大きいか判断される。閾値は、タイヤ角センサ６１－６４の検出誤差等を考慮したとき実質的に０と見做される値に設定される。Ｓ８でＹＥＳの場合、Ｓ９で目標タイヤ角算出制御部１２は、目標タイヤ角θ*１－θ*４に補正値θｃ１－θｃ４を加算して目標タイヤ角θ*１－θ*４を補正する。そして、Ｓ４の前に戻りルーチンが繰り返される。
　協調タイヤ角と目標タイヤ角θ*１－θ*４との差分に基づく補正値θｃ１－θｃ４が閾値以下になると、Ｓ８でＮＯと判断され、協調制御のルーチンは終了する。
　続いて図８～図１０を参照し、協調制御に関する補足事項について説明する。図８の上段に、目標タイヤ角に対するフィードバック制御の作用を示す。フィードバック制御では各タイヤ９１－９４の現タイヤ角θｓ１－θｓ４をそれぞれ目標タイヤ角θ*１－θ*４に一致させるように各タイヤ９１－９４が転舵される。現タイヤ角θｓ１－θｓ４がばらばらであれば、ヨー旋回が発生する可能性がある。
　一方、図８の下段に示すように、本実施形態による協調制御では、例えば全てのタイヤ９１－９４が等しく目標タイヤ角θ*１－θ*４から遅れている場合、ヨー旋回は発生しない。つまり、ヨー旋回を抑制するためには、各タイヤ９１－９４の現タイヤ角θｓ１－θｓ４が目標タイヤ角θ*１－θ*４に一致することよりも、各タイヤ９１－９４の現タイヤ角θｓ１－θｓ４が互いに揃っていることが重要である。
　次に、各タイヤ９１－９４の現タイヤ角θｓ１－θｓ４の中から、目的に応じて最適な協調タイヤ角を選定する方法について説明する。図９に示す横移動での縦列駐車時には、車両進行方向において許容される移動距離が限定される。［Ｂ］のように最小のタイヤ角を協調タイヤ角として選定した場合、すなわち、左前輪９１以外のタイヤ９２、９３、９４のタイヤ角を左前輪９１のタイヤ角に協調させた場合、転舵が遅れ、車両１００が駐車枠に入らなくなる可能性がある。そこで、この場合、［Ａ］のように、目標タイヤ角を超えない範囲で最大のタイヤ角を協調タイヤ角として選定すること、すなわち、左前輪９１のタイヤ角を他のタイヤ９２、９３、９４のタイヤ角に協調させることが望ましい。
　図１０に示す斜め移動でのレーン変更時には、車両進行方向において許容される移動距離は縦列駐車ほどシビアではないため、［Ａ］の最大タイヤ角を用いるのでなく、［Ｂ］の最小タイヤ角を協調タイヤ角として選定することで、各タイヤ９１－９４のタイヤ角を抑えてもよい。一般にタイヤの転舵が遅れる理由の一つは、外乱による負荷が高くトルクが不足するためである。したがって、転舵の遅れたタイヤをより速く転舵させるよりも、転舵が遅れたタイヤにその他のタイヤを協調させる方が容易に制御できる。また、負荷の高いタイヤの転舵モータのトルクを増やす必要がないため、消費電力が少なく済む。
　上記以外にも、協調タイヤ角算出部１３は、全ての現タイヤ角θｓ１－θｓ４の平均値を協調タイヤ角としてもよい。これにより、遅れているタイヤを最大タイヤ角のタイヤに協調させるよりも少ない補正転舵で済むため、補正転舵にかかるエネルギーを低減させることができる。
　（第２、第３実施形態）
　次に、図１及び図１１～図１３を参照し、第１実施形態に付加されるオプション構成について説明する。図１に破線で示すように、第２実施形態では、車両１００のヨー角を検出するヨー角センサ４０が車両１００に備えられている。ヨー角センサにはヨーレートセンサ等も含まれる。
　協調制御によって横移動や斜め移動中のヨー旋回を抑制可能である。しかし、協調タイヤ角に合わせるようにいずれかのタイヤを転舵させるため、微小なヨー旋回は発生する。図６に示す例では、協調制御ありの場合でも最大０．９ｄｅｇのヨー角が発生している。そのため図１１に示すように、車両が道路端に対して傾いて停車される場合がある。
　そこで図１２に示すように、各タイヤ９１－９４の現タイヤ角θｓ１－θｓ４に加えて、ヨー角センサ４０から取得したヨー角に所定のゲインを乗じた値が協調タイヤ角算出部１３に入力される。協調タイヤ角算出部１３は、ヨー角に基づき、発生したヨー角をキャンセルするように協調タイヤ角を算出する。これにより、車両のヨー角をできるだけ０に近づけ、道路端に平行に車両１００を停車させることができる。
　図１に破線で示すように、第３実施形態では、道路白線及びガードレールを含む道路上物体を検出する道路上物体検出装置５０が車両１００に備えられている。「道路上物体」は、三次元物体に限らず、実質的な厚みを持たない白線等の二次元標識を含む。また道路上物体は、周辺環境に常時存在するものに限らず、隣に駐車している他の車両等を含む。具体的に道路上物体検出装置５０は、カメラ等の画像検出装置やソナー等で構成される。
　例えば道路端に縦列駐車を行う場合、図１３に示すように、横移動後に、白線やガードレール等の道路上物体と車体とのヨー角ずれが生じることが想定される。
　そこで図１４に示すように、各タイヤ９１－９４の現タイヤ角θｓ１－θｓ４に加えて、白線やガードレールと車体とのヨー角ずれに所定のゲインを乗じた値が協調タイヤ角算出部１３に入力される。協調タイヤ角算出部１３は、道路上物体検出装置５０から取得した「道路上物体と車体とのヨー角ずれ」に基づき、ヨー角ずれをキャンセルするように協調タイヤ角を算出する。これにより、ヨー角ずれを補正し、道路端に平行に車両１００を停車させることができる。
　（第４実施形態）
　図１５に示す第４実施形態では、図１に示す構成に対し、タイヤ角センサ６１－６４が設けられる位置が異なる。各タイヤ角センサ６１－６４は、トルク伝達装置８１－８４とタイヤ９１－９４との間に配置されている。
　トルク伝達装置８１－８４には一般にギヤが用いられるため、ギヤのバックラッシが発生し、転舵モータ７１－７６のモータ角を換算した角度とタイヤ角との誤差要因となる。第４実施形態では、タイヤ角センサ６１－６４がタイヤ９１－９４の角度を直接検出することでトルク伝達装置８１のバックラッシ等による角度誤差の影響を除去し、現タイヤ角θｓ１－θｓ４を精度良く検出することができる。
　（第５実施形態）
　第５実施形態では、車両走行制御装置１０は、四輪９１－９４が転舵可能であり、且つ前列又は後列の少なくとも一対の左右輪が機械的に結合された車両１０５に搭載される。図１６に示す例では、前列の左右輪９１、９２、及び、後列の左右輪９３、９４がそれぞれラック軸９５、９６で機械的に結合されている。各タイヤ９１－９４は、ラック軸９５、９６の両端にタイロッド等のリンク機構を介して結合されている。いわゆる「４ＷＳ」と呼ばれる車両等がこれに相当する。
　リンク機構の詳細な説明は省略するが、好ましくは各タイヤが９０ｄｅｇ以上転舵し、横移動が可能なように構成されている。ただし、最大転舵角度が９０ｄｅｇ未満であり横移動ができない場合でも、斜め移動は可能である。その場合、斜め移動でのみ協調制御が行われてもよい。
　前列では、目標タイヤ角θ*１２に応じて転舵モータ７５が出力した転舵トルクＴ１２がトルク伝達装置８５を介してラック軸９５に伝達され、ラック軸９５が左右に駆動されることで、左前輪９１及び右前輪９２が連動して転舵する。タイヤ角センサ６５は、左前輪９１及び右前輪９２の現タイヤ角θｓ１２を検出し、協調タイヤ角算出部１３に通知する。
　後列では、目標タイヤ角θ*３４に応じて転舵モータ７６が出力した転舵トルクＴ３４がトルク伝達装置８６を介してラック軸９６に伝達され、ラック軸９６が左右に駆動されることで、左後輪９３及び右後輪９４が連動して転舵する。タイヤ角センサ６６は、左後輪９３及び右後輪９４の現タイヤ角θｓ３４を検出し、協調タイヤ角算出部１３に通知する。協調タイヤ角算出部１３は、前列のタイヤ角θｓ１２と後列のタイヤ角θｓ３４とが同じになるように協調タイヤ角を算出する。
　この構成の車両１０５は、独立転舵車両１００に比べて転舵モータ、トルク伝達装置及びタイヤ角センサの数が少なくなるため、車両コストが低減する。また、協調タイヤ角算出部１３による協調タイヤ角の演算負荷も低減する。図１６に示す構成の他、例えば左前輪９１及び右前輪９２は独立転舵可能であり、左後輪９３及び右後輪９４が機械的に結合された一部独立転舵車両に車両走行制御装置が搭載されてもよい。
　（その他の実施形態）
　独立転舵車両１００、又は左右輪が機械的に結合された車両１０５は、四輪車両に限らず、三輪以上の全てのタイヤが転舵可能な車両であればよい。
　以上、本開示はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
　本開示に記載の各制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の各制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の各制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
　本開示は実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (5)

  1. 　三輪以上の全てのタイヤ（９１－９４）が転舵可能であり、目標タイヤ角に応じて転舵モータ（７１－７６）が出力した転舵トルクがトルク伝達装置（８１－８６）を介して各タイヤに伝達され、各タイヤが転舵される車両（１００、１０５）の走行を制御する車両走行制御装置であって、
    　横移動又は斜め移動の方向を指示する移動方向指示部（１１）と、
    　前記移動方向指示部による移動方向指示値に基づき、各タイヤの目標タイヤ角を算出し指示する目標タイヤ角算出制御部（１２）と、
    　タイヤ角センサ（６１－６６）が検出した各タイヤの現タイヤ角に基づき、各タイヤの移動方向を協調させる協調タイヤ角を算出する協調タイヤ角算出部（１３）と、
    　を備え、
    　前記目標タイヤ角算出制御部は、前記移動方向指示値に基づき算出した目標タイヤ角を前記協調タイヤ角に近づけるように補正し、補正後の目標タイヤ角を前記転舵モータに指示する車両走行制御装置。
  2. 　三輪以上の全てのタイヤが独立して転舵可能な独立転舵車両（１００）に搭載される請求項１に記載の車両走行制御装置。
  3. 　車両のヨー角を検出するヨー角センサ（４０）を備えた車両に搭載され、
    　前記協調タイヤ角算出部は、前記ヨー角センサから取得したヨー角に基づき、前記協調タイヤ角を算出する請求項１または２に記載の車両走行制御装置。
  4. 　道路白線及びガードレールを含む道路上物体を検出する道路上物体検出装置（５０）を備えた車両に搭載され、
    　前記協調タイヤ角算出部は、前記道路上物体検出装置から取得した道路上物体と車体とのヨー角ずれに基づき、前記協調タイヤ角を算出する請求項１～３のいずれか一項に記載の車両走行制御装置。
  5. 　前記タイヤ角センサは、前記トルク伝達機構と前記タイヤとの間に配置されている請求項１～４のいずれか一項に記載の車両走行制御装置。
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