JP3714269B2 - 自動操舵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駐車支援システムなどで用いられる自動操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
縦列、並列駐車等の駐車操作を支援するシステムとして、運転者が設定した目標駐車位置への移動を自動操舵装置を用いて支援するシステムが知られている。例えば、特開２００１-１３８９４１号公報に開示されている技術は、そうした技術の一例であって、車両の移動距離に対するステアリングホイールの転舵角の関係として移動軌跡を予め設定し、この移動軌跡に基づいて操舵を行うとともに、転舵角速度が所定の範囲に収まるように車速を制限することで、移動軌跡の設定軌跡からのずれを抑制するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
車両の目標位置への誘導とは、車両を目標位置まで走行させることと、車両の偏向角（基準方向に対する車両の向きがなす角度）を目標偏向角に一致させることである。車両の偏向角は、旋回曲率（旋回半径の逆数）の移動距離上の変化の関係から求められるので、移動軌跡の設定とは、移動距離に対して旋回曲率を設定することである。
【０００４】
従来の自動操舵装置では旋回曲率を変更する際に、一定の車速に対して一定の操舵角速度で操舵角を変更していた。しかしながら、通常の車両におけるステアリングホイールの転舵角と、旋回曲率の関係は図１に示されるように、非線形である。このため、従来の自動操舵装置では、図２に示されるように、一定速度で移動中に、一定の操舵角速度で舵角を変更する（線Ａ）と、線Ｂに示されるように、旋回曲率が走行距離に対して非線形に変化してしまうため、偏向角と移動距離間の算出において複雑な数値解析を行う必要があり、制御中に経路の補正が必要な場合には、実際の移動に経路設定の計算が追いつかなくなる可能性もある。
【０００５】
そこで本発明は、経路設定、補正等の演算が簡略化可能な自動操舵装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する方法としては、図１に示される操舵角と曲率の関係を線形化する手法も考えられるが、この特性を線形化する場合、中立位置における操舵角−曲率の関係を図１の場合と同様に維持しようとすると、曲率の絶対値を大きくとる場合には、現在よりも大きく操舵する必要が生じ、運転者が違和感を感ずるため、現実的でない。反対に、操舵角の絶対値が最大のときの曲率を現在と同じに設定すると、中立位置において操舵角変化に対する曲率変化量が大きくなるため、運転者が操舵に違和感を感じるうえ、高速時の車線変更時等に必要とされる微妙な進路調整が難しくなるため、これも現実的でない。
【０００７】
そこで上記課題を解決するため、本発明に係る自動操舵装置は、設定した目標軌跡をとるよう自動的に舵角を変更する自動操舵装置において、旋回曲率を変化させる際には、旋回曲率が移動距離に対して線形的に変化するよう操舵角速度を制御することを特徴とする。
【０００８】
旋回曲率を変化させる際に操舵角速度を調整して、旋回曲率を移動距離に対して線形的に変化させることで、車両の偏向角と移動距離間の相互変換を解析的に行うことが可能となる。このため、複雑な数値解析を行う必要がなくなり、演算が簡略化される。また、演算が解析的に行えるので、誤差の重畳がなく、高速で精度よく演算を行うことができる。このため、自動操舵時に確実に設定経路に沿って車両を移動させることができる。また、最大舵角まで有効に活用することができる。
【０００９】
操舵角速度を車速に比例するとともに、旋回曲率の操舵角に対する変化量をその最小値で正規化した値の逆数に比例して変化させると旋回曲率を移動距離に対して線形化することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１１】
図３は本発明に係る自動操舵装置１０のブロック構成図である。この自動操舵装置１０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されるＥＣＵ１により制御されるものであり、ステアリングホイール２とステアリングギヤ３との間に配置されたパワーステアリング装置を兼ねる駆動モータ４と、ステアリングの変位量を検出する変位センサ５とを備え、ＥＣＵ１は駆動モータ４の駆動を制御するとともに、変位センサ５および車速センサ６の出力信号が入力されている。
【００１２】
この車両におけるステアリングホイール２の操舵角と車両の旋回曲率の関係は、図１に示されるのと同様の特性を有する。ここで、操舵角をφと旋回曲率をγとして、両者の関係を
【数１】

で表すと、単位距離あたり一定の操舵角速度ωで目標の操舵角まで操舵させた場合の走行距離ｐと旋回曲率γとの関係は、
【数２】

で表される。これは、図２に示される線Ｂに相当する。このときの車両の偏向角θは、
【数３】

として求められる。旋回曲率γは上述したように、走行距離に対して非線形であり、式（３）は解析的には解けず、数値積分により求める必要がある。
【００１３】
本発明に係る自動操舵装置においては、走行距離ｐに対して操舵角φを線形化するアルゴリズムを用いている。これを具体的に説明すると、まず、式（１）から操舵角φがΔφ微小変化したときの旋回曲率γの変化量Δγは、
【数４】

で表せる。ここで、次式に示すように式（４）のγの変化の傾きの最小値をＪ_minとして表し、
【数５】

γの変化の傾きをこのＪ_minで正規化したものをｍ（φ）とする。
【００１４】
【数６】

【００１５】
このように設定すると、次式に示されるように、ある操舵角φにおける旋回曲率の変化量は、Ｊ_minのｍ（φ）倍で変化することになる。
【００１６】
【数７】

【００１７】
以下、このｍ（φ）を勾配比と称する。
【００１８】
ここで、操舵角速度ωを移動距離に対して一定とするのではなく、操舵角φ、車速に応じて以下の式に基づいて変更するものとする。
【００１９】
【数８】

【００２０】
ここで、αは定数である。つまり、操舵角速度ωを車速Ｖと、勾配比ｍ（φ）の逆数に比例させて変化させる。なお、自動操舵装置が追従しうる最大車速をＶ_max、このときの最大操舵角速度をω_maxとすると、このω_maxは、ｍ（φ）＝１のときにαにはω_max／Ｖ_maxを設定するとよい。
【００２１】
このように設定すると、操舵角を増加させていくときの走行距離の変動に対する操舵角φの増加量は、
【数９】

で表せる。式（９）を式（７）に代入すると、
【数１０】

となり、γとｐの関係を線形化することができる。
【００２２】
具体的には、ＥＣＵ１は、変位センサ５で検出した現在のステアリングホイール２の変位量（操舵角φに相当）と、車速センサ６の出力である車速Ｖとを基にして、式（８）に基づいて駆動モータ４によるステアリングホイール２の時間当たりの操舵量を決定して、これに基づいて駆動モータ４を制御する。
【００２３】
図４は、式（８）に基づいてα＝ω_max／Ｖ_maxに設定して、自動操舵により走行したときの走行距離ｐに対する操舵角φと、旋回曲率γの変化を示したものである。操舵角φは、線Ａ’で示されるように操舵角φが大きくなると、勾配比ｍ（φ）の逆数に比例して、走行距離ｐに対する変化量が小さくなる。一方、旋回曲率γは線Ｂ’で示されるように走行距離ｐに対して線形的に変化する。
【００２４】
図５は、車速Ｖを一定のＶ₀として移動した場合と、その２倍、３倍の車速で移動した場合における、走行距離ｐに対する操舵角速度ωと、操舵角φを比較したグラフである。式（８）によれば、車速Ｖに比例して操舵角速度ωを変更している。その結果、単位距離あたりの操舵角変化量は車速によらず、常に一定となる。このため、いずれの場合も線Ｃに示されるように、同一の操舵角変化となる。これにより、車速によらずに走行距離ｐに対して旋回曲率を線形化することが可能である。
【００２５】
このように走行距離ｐに対して旋回曲率γが線型化されることで、式（３）を解析的に解いて、以下の式により偏向角θを求めることができる。
【００２６】
【数１１】

【００２７】
逆に、必要な偏向角θから移動距離ｐを求めることもできる。このため、自動操舵を利用した駐車支援、走行支援システムにおいて、複雑な数値解析を行う必要がなくなり、システムの構成を簡略化できる。また、解析的な演算であるため、数値解析のような誤差の重畳がなく、経路演算を高速化し、その精度を向上させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、旋回曲率と走行距離との関係が線形化するよう制御するので、両者間の演算を解析的に行うことができ、経路演算が簡略化されるとともに、高速化、高精度化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な車両における操舵角と旋回曲率の関係を示すグラフである。
【図２】従来の自動操舵における移動距離と舵角、旋回曲率の関係を示すグラフである。
【図３】本発明に係る自動操舵装置の概略構成図である。
【図４】本発明に係る自動操舵装置における走行距離と舵角、旋回曲率の関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係る自動操舵装置において、車速が異なる場合の走行距離と、操舵角速度、舵角の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…ＥＣＵ、２…ステアリングホイール、３…ステアリングギヤ、４…駆動モータ、５…変位センサ、６…車速センサ、１０…自動操舵装置。

Claims (2)

1. 設定した目標軌跡をとるよう自動的に舵角を変更する自動操舵装置において、
   旋回曲率を変化させる際には、旋回曲率が移動距離に対して線形的に変化するよう操舵角速度を制御することを特徴とする自動操舵装置。
2. 操舵角速度を車速に比例するとともに、旋回曲率の操舵角に対する変化量をその最小値で正規化した値の逆数に比例して変化させる請求項１記載の自動操舵装置。

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