JP4636331B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両を所望の方向へ移動させるための車両用操舵装置に関し、特に、車両を所望の駐車位置に駐車させるために自動操舵を行うことのできる車両用操舵装置に関する。

自動駐車制御により、車両を目標駐車位置まで自動的に導く場合において、検出した車速とアクセル開度との関係に基づいて、自動駐車制御をより適切な段階で中断させる技術が、特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示の技術では、車速の検出値とアクセル開度の検出値との関係に基づいて、駐車支援制御の中断の必要性が判断され、アクセルペダルの踏み込み動作から実際に車速が増加するまでの時間の遅れを考慮して、車速が駐車支援制御を中断すべき高い値に達する前に、未然に自動駐車制御を中断させるという技術である。

また、車両の自動操舵装置において、障害物との接触の可能性が生じたとき、その接触を回避するために、操舵パターンを修正するという技術が、特許文献２に開示されている。さらに、車両の自動操舵装置において、車速が大きくなるほど、操舵角を小さな値に設定するという技術が、特許文献３に開示されている。
特開２００４−２８４５３０号公報 特許第３１３０９７０号公報 特許第３０３１７５８号公報

特許文献１に記載の技術は、自動駐車制御を途中で適切に中断する技術であるが、自動駐車制御中は、運転者はそれまでの操舵操作を車両側に任せているため、自動駐車制御が中断した時点において、自車両とその周囲にある他車両や障害物との関係を十分に把握していないことがあり、そのような状態で自動駐車制御中断後の車両を手動操作することになる。このため、自車両の周囲に運転者が把握していない他車両や障害物が存在する場合、当該他車両や障害物と接触する可能性がある。

また、自動駐車制御のみならず、車両が自動操舵されている途中において、その自動操舵が中断され、運転者の手動操作に切り換わった瞬間は、運転者は、自動操舵中は自車両の周囲の他車両の存在や、障害物等に十分な注意を払っていないから、手動操舵に切り換わった直後に、自車両が周囲の他車両と接触したり、障害物に接触したりする可能性が高い。

この発明は、このような背景のもとになされたもので、車両用操舵装置の自動操舵が中断された後、運転者が車両用操舵装置を手動操作する場合に、車両が周囲の障害物等に接触しないように工夫された車両用操舵装置を提供することを主たる目的とする。
この発明は、また、車両用操舵装置が、自動操舵から手動操作に切り換わった際に、運転者が車両を周囲の障害物等に接触する方向に操舵することを防止して、運転者のうっかりミス等による誤操舵を防ぐようにした車両用操舵装置を提供することを他の目的とする。

請求項１に係る発明は、車両の操向のために運転者が操作する操作部材（１）と、前記操作部材が操作されることに応答して、舵取り車輪（４）を転舵させる舵取り機構（２、５）と、自動走行制御が行われる状態にするための自動走行モード設定手段（２１）と、自動走行制御中における自車両を中心とする周囲の障害物に関する情報を２次元座標系において更新しながら記憶する２次元座標系記憶手段（２５）と、自動走行モードにおいて、車両が所定の走行を行うように、前記舵取り機構（２、５）を制御する自動操舵制御手段（２０、２２）と、前記自動操舵制御手段による自動操舵制御が行われている間に、自動操舵制御が解除されたことを判別する判別手段と、前記判別手段が自動操舵制御の解除を判別後、前記操作部材（１）が操作され、前記舵取り機構（２、５）により舵取り車輪（４）が転舵されるときに、前記２次元座標系記憶手段（２５）の情報を読み出し、車両が車両周囲の障害物と干渉し得る方向に車輪が転舵されるときには、その転舵操作を抑制するためのガイダンストルクを前記操作部材に発生させる操舵抑制手段（２０、２３、１９）と、を含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
請求項２に係る発明は、前記判別手段は、運転者のブレーキ操作や操舵操作を検出して、自動操舵制御の解除を判別することを特徴とする、請求項１記載の車両用操舵装置である。

括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素を表わす。以下、この項において同じ。
上記構成では、運転者が操作部材（１）を操作することにより、舵取り機構（２、５）により舵取り車輪（４）を転舵させて、車両を所望の向きに操舵することができる。
また、運転者が自動走行モード設定手段（２１）を操作することにより、自動走行制御が行われる状態にすることができる。自動走行制御（自動走行モード）では、車両が所定の走行（たとえば予め決められた駐車位置へ自動駐車するなど）を行うように、自動操舵制御手段（２０、２２）によって舵取り車輪（４）が転舵される。

自動走行制御中は、２次元座標系記憶手段（２５）により、自車両を中心とする周囲の障害物等に関する情報が、２次元座標系において更新しながら記憶されている。
そして、自動走行モードが中断したときには、２次元座標系記憶手段（２５）から、自車両を中心とする周囲の障害物等に関する情報が読み出され、その読み出された情報に基づき、車両が車両周囲の障害物等と干渉し得る方向に手動操作によって車輪が転舵されるときには、その転舵操作を抑制するためのガイダンストルクが操作部材（１）に発生される。よって、このガイダンストルクに基づき、運転者は操作部材（１）をその方向へ操作してはいけないことに気付き、運転者のうっかり運転等によって、自動操舵制御中断後に、車両が周囲の障害物等と接触することを防止することができる。

なお、ガイダンストルクに代えて、または、ガイダンストルクと伴に、警報を発するようにしてもよい。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための図解図であり、いわゆるステア・バイ・ワイヤシステムの構成が示されている。この車両用操舵装置は、運転者が操向のために操作する操作部材としてのステアリングホイール１と、ステアリングホイール１が回転操作されることに応じて駆動される操舵用アクチュエータ２と、操舵用アクチュエータ２の駆動力を、舵取り車輪としてのたとえば前方左右車輪４に伝達するステアリングギヤ３とを備えている。ステアリングホイール１と、操舵用アクチュエータ２を含む舵取り機構５との間には、ステアリングホイール１に加えられた操作トルクが舵取り機構５に機械的に伝達されるような機械的な結合はなく、ステアリングホイール１の操作量（操作角または操作トルク）に応じて操舵用アクチュエータ２が駆動制御されることによって、車輪４が転舵されるようになっている。

操舵用アクチュエータ２は、たとえば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。ステアリングギヤ３は、操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動（車両左右方向の直線運動）に変換する運動変換機構を有する。ステアリングロッド７の動きがタイロッド８およびナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、車輪４のトー角（転舵角）が変化する。ステアリングギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを舵角が変化するように車輪４に伝達できれば構成は限定されない。なお、操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、車輪４がセルフアライニングトルクにより直進操舵位置に復帰できるようにホイールアライメントが設定されている。

ステアリングホイール１は、車体側に回転可能に支持された回転シャフト１０に連結されている。この回転シャフト１０には、ステアリングホイール１に作用する反力トルクを発生する反力アクチュエータ１９が設けられている。この反力アクチュエータ１９は、回転シャフト１０と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。

車体と回転シャフト１０との間には、ステアリングホイール１を直進操舵位置に復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材３０が設けられている。この弾性部材３０は、たとえば、回転シャフト１０に弾力を付与するばねにより構成できる。反力アクチュエータ１９が回転シャフト１０にトルクを付加していないとき、ステアリングホイール１は、弾性部材３０の弾力により、直進操舵位置に復帰する。

ステアリングホイール１の操作角（回転角）を検出するために、回転シャフト１０の回転角δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。また、車両の運転者がステアリングホイール１に作用させる操作トルクＴｈを検出するために、回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ１２が設けられている。さらに、車両の舵角（舵取り機構５の転舵角）δを検出するための舵角センサ１３が、当該舵角に対応するステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータにより構成されている。また、車速Ｖを検出する速度センサ１４、車両の横加速度Ｇｙを検出する横加速度センサ１５、および車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１６が設けられている。

さらに、車両後方の様子を撮像するための後方モニタカメラ１７、および、車両の側方および斜め後方等に向けて検出信号（たとえば赤外線や超音波など）を出し、車両の側方および斜め後方等の障害物を検知するための障害物センサ１８が設けられている。
これらの角度センサ１１、トルクセンサ１２、舵角センサ１３、速度センサ１４、横加速度センサ１５およびヨーレートセンサ１６は、コンピュータにより構成される制御装置２０にそれぞれ接続されている。制御装置２０は、駆動回路２２、２３を介して、操舵用アクチュエータ２および反力アクチュエータ１９を制御するようになっている。制御装置２０には、後述する自動駐車モードにおいて活用する２次元座標系メモリ（２次元座標系記憶手段）２５が備えられている。

また、車両の運転者が操作できる位置には自動走行モード設定スイッチ２１が備えられている。
自動走行モード設定スイッチ２１がオンされると、その信号が制御装置２０に与えられ、車両用操舵装置は、制御装置２０によって自動制御される。自動走行モードが自動駐車モードの場合には、後方モニタカメラ１７や障害物センサ１８の検出出力が活用される。

図２は、自動走行モードの一例として、自動駐車モードにおいて、車両を所定の駐車位置まで移動させるときの制御の仕方を示す図解図である。この図解図に表われている自車両情報および周囲情報は、２次元情報として把握され、後述するように、２次元座標系メモリ２５に随時更新記憶される。
自車両Ａを、現在位置Ｐ１から目標位置としての駐車位置Ｐ２までバック移動させて、側方駐車車両Ｂおよび後方駐車車両Ｃの間に縦列駐車させる場合を想定する。現在位置Ｐ１において、自車両Ａの運転者は、自動走行モード設定スイッチ２１（図１参照）を押し、自車両Ａの車両用操舵装置を自動駐車モードにする。これに応答して、後方モニタカメラ１７が作動され、自車両Ａの後方の風景が撮像されて、その様子が自車両Ａ内のモニタ画面（図示せず）に映し出される。運転者は、モニタ画面を確認しながら、モニタ画面において、駐車位置（目標位置）Ｐ２を指定する。

駐車位置（目標位置）Ｐ２の指定は、このように運転者がモニタ画面を確認しながら行うやり方に代えて、たとえば、ＧＰＳ受信機で受信されている自車両Ａの現在位置Ｐ１と、予め登録されている駐車位置Ｐ２の位置座標との差異に基づいて、自動的に設定されるようにすることも可能である。
駐車位置Ｐ２が指定されると、制御装置２０は、現在位置Ｐ１から駐車位置Ｐ２までの移動すべきコース、すなわち自車両Ａが障害物等と接触せずに、駐車位置Ｐ２へ縦列駐車のためにバックで移動するべきコースを目標軌跡４０として求める。

また、自車両Ａでは、まず、現在位置Ｐ１において、後方モニタカメラ１７により撮像された撮像データや、障害物センサ１８（図１参照）で検出された周囲の障害物の有無や障害物までの距離等の周囲情報が、自車両Ａの情報と共にメモリ２５に記憶される。
ここに、自車両Ａの情報とは、たとえば自車両Ａの位置および向き、自車両Ａのスペック（ホイールベース長、トレッドベース長、その他）、現在のステアリングホイール１の操舵角、現在の車輪４の転舵角、速度センサ１４により検出される車速Ｖ、横加速度センサ１５により検出される横加速度Ｇｙ、ヨーレートセンサ１６により検出されるヨーレートγ等の、自車両Ａの位置情報および走行に関連する各種の情報である。

また、自車両Ａの周囲情報とは、側方駐車車両Ｂの存在、車両Ｂの位置情報、特に車両Ｂの右側方部５０および右後端角部５１までの距離情報、道路の左縁５２までの距離情報、後方駐車車両Ｃが存在するという情報、および、車両Ｃまでの距離情報、特に車両Ｃの前端部分５３までの距離情報等を含む。
これらの情報は、自車両Ａのたとえば中心部を原点０とし、原点０を通る直交するＸ軸およびＹ軸で表わされる２次元座標系における座標データとして２次元座標系メモリ２５に記憶される。

なお、この実施形態では、２次元座標系は、ＸＹ座標で表現する例を示すが、長さと角度で表わすＸθ座標で表現してもよい。
そして、記憶された２次元座標系データは、自車両Ａが、算出された目標軌跡４０を辿るように移動されるに従い、自車両Ａと周囲情報との位置関係が変化していくから、自車両情報および周囲情報は、自車両Ａの移動に伴って随時更新して記憶されていく。

このような自車両Ａの情報および周囲情報を記憶するための２次元座標系メモリ２５を設けたこと、および、記憶されている自車両情報および周囲情報を、自車両Ａの移動に伴って随時更新記憶していくことが、この実施形態の特徴の１つである。
ところで、図２に図解的に示すように、自車両Ａが目標軌跡４０を辿るように自動駐車制御されている場合において、途中で何らかの原因、たとえば運転者が操舵介入したこと等に起因して、自車両Ａの向きが大きく変わり、自動駐車制御が途中で中断し、たとえば図３に示す状態で自車両Ａが停車されて、自動駐車制御が解除された場合を想定する。

図３に示す状態で、自車両Ａの自動駐車制御が中断されて解除された場合、運転者は、たとえば操舵介入をした時を除き、自車両Ａの操舵制御には関わっていないから、図３に示す状態において、自車両Ａが、側方駐車車両Ｂや道路左縁５２とどのような位置関係で停車しているのかを十分に理解していない場合がある。また、ステアリングホイール１の操舵角についても十分把握していない場合がある。

このような状態において、自車両Ａの運転者が、たとえばステアリングホイール１を左回りに操舵し、自車両Ａを左旋回させようと発進すると、自車両Ａは側方駐車車両Ｂの右後方角部５１と接触する可能性がある。
この実施形態では、このような場合に、自車両Ａが側方駐車車両Ｂの右後方角部５１と接触するのを回避するために、運転者が操作しようとするステアリングホイール１に対してガイダンストルク（左回転の操舵を禁止するための左回転に対する反力トルク）を発生させて、運転者が自車両Ａの現在の状況を十分に把握せずにうっかりとして手動運転を開始した場合における車両の接触等を防止する。

メモリ２５には、自車両Ａが図３に示す位置になったときに、自車両Ａの情報および周囲情報が更新して記憶されている。つまり、自車両Ａの位置情報、ステアリングホイール１の操舵角度の情報、舵取り車輪の転舵角情報や、側方駐車車両Ｂの右後方角部５１までの距離情報等が記憶されている。
よって、制御装置２０は、メモリ２５に記憶されているこれら自車両情報および周囲情報に基づき、適切なガイダンストルクを発生させて、運転者に注意を促すことが可能である。

図４は、図１に示す制御装置２０により実行される自車両Ａに備えられた車両用操舵装置の制御処理の内容を表わすフローチャートである。
次に、図４の流れに従って、図１ないし図３を参照して、この実施形態における制御手順について説明をする。
制御が開始し、自動走行モード設定スイッチ２１が押されて、自動駐車モードが設定された場合には（ステップＳ１でＹＥＳ）、制御装置２０により目標軌跡が演算される（ステップＳ２）。

目標軌跡とは、図２で説明したように、たとえば自車両Ａが、現在位置Ｐ１から目標となる駐車位置Ｐ２まで、障害物等と接触せずにバックで移動することのできるコースである。この目標軌跡が求められる（ステップＳ２）。
そして、制御装置２０により、駆動回路２２を介して操舵用アクチュエータ２を含む舵取り機構５が自動操舵され、自動駐車制御が開始される（ステップＳ３）。

自車両Ａが自動駐車制御されている間は、常に、自車両情報および周囲情報が検出され、検出された自車両情報および周囲情報は、メモリ２５に随時更新記憶される（ステップＳ４）。
制御装置２０は、自動駐車制御を行っている間に、自動駐車モードが解除されたか否かの判別をする（ステップＳ５）。自動駐車モードの解除は、たとえば、自動走行モード設定スイッチ２１がオフされることや、その他の公知の方法により解除を実現することができる。公知の方法としては、たとえば、特開平１０−１１４２７２号公報記載のように、運転者がブレーキペダルから足を離した場合や、運転者がステアリングホイール１を操作して操舵介入をした場合等を例示できる。

制御装置２０は、自動駐車モードの解除を判別した場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、２次元座標系メモリ２５に記憶されている自車両情報および周囲情報を読み出し、それら情報に基づいて、自車両Ａが周囲の物体（障害物や車両等）と、その後の操舵の仕方によっては、接触する可能性があるか否かの演算を行う（ステップＳ６）。
この演算は、メモリ２５に更新記憶されている、自動駐車モードが解除される直前における、自車両Ａと側方駐車車両Ｂとの位置関係、自車両Ａの向き、自車両Ａのスペック（ホイールベース長やトレッドベース長、回転半径等）、自車両Ａの現在のステアリング操舵角、舵取り車輪４の現在の転舵角等に基づいて、自車両Ａとたとえば側方車両Ｂとの現在の位置関係から、自車両の車速Ｖがいくらでどの方向に進行した場合に、側方駐車車両Ｂの右後方角部５１と接触するか否かが算出される。

その結果、自車両Ａが、側方駐車車両Ｂの右後方角部５１と接触する可能性があると判別されたときには（ステップＳ７でＹＥＳ）、その後に運転者による自車両Ａの手動運転が開始されたとき（ステップＳ８）、接触方向への操舵禁止用のガイダンストルクを発生させる（ステップＳ９）。ガイダンストルクの発生は、駆動回路２３を介して反力アクチュエータ１９を制御することにより実現できる。

自動駐車制御では、通常、操舵用アクチュエータ２を含む舵取り機構５が自動的に操作されて、自車両Ａが所定の方向へ走行される。自動駐車制御が途中で中断された場合は、舵取り車輪４が転舵された状態で停止しており、また、ステアリングホイール１は制御の仕方によって、転舵されている場合もあれば、転舵されていない場合もある。自動駐車制御中は、運転者は通常、ステアリングホイール１から手を離しており、車両の走行を制御装置２０の自動制御に委ねている。このため、自車両Ａの周囲に注意を払っておらず、自車両Ａの周囲にどのような障害物が、どのような距離で存在するのかについても気にとめていないことがある。

このような状況の下に、自動駐車制御が中断され、運転者による手動操舵が行われた場合、運転者は、自車両の現在状況を十分に把握しているとはいえず、うっかりミス等により、自車両周囲の障害物や他の車両と接触する可能性がある。
この実施形態によれば、このような接触が起こり得る状況の場合には、接触が起こる方向への操舵を禁止するために、接触方向への操舵禁止用ガイダンストルクを発生し、車両が接触事故を起こす等の不都合を未然に防止するものである。

以上の説明は、自動走行モードの一例として、自動駐車モードを例にとって説明した。 しかし、この発明は、自動駐車モードに限らず、自車両Ａが自動走行モードで制御されており、その制御が途中で中断した場合に、運転者による手動操舵に切り換わった場合に広く適用することができ、自動操舵から手動操舵への切り換わりの時点で、より安全に運転者が運転を開始することのできる車両用操舵装置を提供することができる。

さらに、前述の実施形態では、ステア・バイ・ワイヤシステムにこの発明が適用された例について説明したが、この発明は、車両の舵取り機構に操舵力を付与する操舵アクチュエータが備えられた車両用操舵装置に対して広く適用することができる。このような車両用操舵装置には、電動パワーステアリング装置、油圧式のパワーステアリング装置などが含まれる。

その他、この発明は、上述の記載事項に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための図解図である。 自動駐車モードにおいて、車両を所定の駐車位置まで移動させるときの制御の仕方を示す図解図である。 自動駐車制御が途中で中断し、自車両Ａが停車されて、自動駐車制御が解除された場合を想定した図解図である。 制御装置２０により実行される自車両Ａに備えられた車両用操舵装置の制御処理の内容を表わすフローチャートである。

符号の説明

１：ステアリングホイール、２：操舵用アクチュエータ、４：舵取り車輪、２０：制御装置、２１：自動走行モード設定スイッチ、２５：２次元座標系メモリ、４０：目標軌跡、Ａ：自車両

Claims (2)

1. 車両の操向のために運転者が操作する操作部材と、
   前記操作部材が操作されることに応答して、舵取り車輪を転舵させる舵取り機構と、
   自動走行制御が行われる状態にするための自動走行モード設定手段と、
   自動走行制御中における自車両を中心とする周囲の障害物に関する情報を２次元座標系において更新しながら記憶する２次元座標系記憶手段と、
   自動走行モードにおいて、車両が所定の走行を行うように、前記舵取り機構を制御する自動操舵制御手段と、
   前記自動操舵制御手段による自動操舵制御が行われている間に、自動操舵制御が解除されたことを判別する判別手段と、
   前記判別手段が自動操舵制御の解除を判別後、前記操作部材が操作され、前記舵取り機構により舵取り車輪が転舵されるときに、前記２次元座標系記憶手段の情報を読み出し、車両が車両周囲の障害物と干渉し得る方向に車輪が転舵されるときには、その転舵操作を抑制するためのガイダンストルクを前記操作部材に発生させる操舵抑制手段と、
   を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記判別手段は、運転者のブレーキ操作や操舵操作を検出して、自動操舵制御の解除を判別することを特徴とする、請求項１記載の車両用操舵装置。

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