JP3896994B2

JP3896994B2 - 車両用走行支援装置

Info

Publication number: JP3896994B2
Application number: JP2003179873A
Authority: JP
Inventors: 克彦岩▲崎▼; 清治河上; 寛暁片岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2023-06-24
Also published as: JP2005014678A

Description

自動操舵や操舵指示を用いて、車両を目標位置へと誘導する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。目標位置へ車両を的確に誘導するとともに、その目標位置における車両の方位角を目標方位角に合致させるため、３つの基本となる軌道パターンを用意し、位置、方位角、曲率の誤差を補償するために３次方程式を解き、求めた解を用いて、これらの軌道パターンを相似変換することで目標軌道を設定するものである。
【０００１】
【特許文献１】
特開平５−２９７９３５号公報（段落００５４〜００６８、図６）
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
この技術においては、現在の操舵状態にかかわらずに、同じ手法によって経路の設定を行っている。しかしながら、本発明者らの知見によれば、通常、自動車等の車両においては、走行状態によって操舵負荷が異なってくる。このため、経路を設定したときの走行条件と、実際の走行条件（例えば、車速）が異なっていた場合、操舵負荷が異なることにより、操舵遅れ等によって実際の操舵状態とに偏差が生じ、これにより、車両が目的の状態になるまでに必要な走行距離が異なることとなる。この結果、目標位置へ正確に至ることができなくなる可能性がある。
【０００３】
そこで本発明は、操舵負荷に応じて適切に車両を誘導することが可能な車両用走行支援装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る車両用走行支援装置は、目標位置へと至る経路を算出して、該経路に沿って自動操舵によって車両を誘導する車両用走行支援装置において、走行中に、走行中の操舵負荷状態を判定する操舵負荷判定手段と、この操舵負荷判定手段により走行中に操舵負荷が大きいと判定された場合には、操舵遅れを考慮し、再設定前の経路と比較して旋回曲率の走行距離に対する変化率が抑制された経路を再設定する経路再設定手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００５】
このように、操舵負荷が大きく、操舵遅れが発生しやすい状況下では、操舵遅れを考慮して目標経路を再設定するので、目標の操舵状態に対する実際の操舵状態の偏差の発生を抑制することができ、目標経路からのずれを抑制することができる。これにより適切に車両を誘導することができる。
【０００６】
この操舵負荷判定手段は、車速が所定値以下の場合に操舵負荷が大きいと判定すればよい。車両停止時を含む低車速状態では、高車速状態の場合に比べて転舵に必要なトルクが大きくなり、操舵負荷が増大する。この結果、操舵遅れも大きくなるので、車速が低い場合には、これを考慮して操舵状態を設定する。
【０００７】
あるいは、操舵負荷判定手段は、自動操舵装置の駆動力を基にして操舵負荷判定を行ってもよい。実際に自動操舵装置が操舵に要した駆動力を基にして操舵負荷状態を判定することにより、操舵負荷状態の判定を精度よく行うことができる。
【０００８】
【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。
【０００９】
以下、本発明に係る走行支援装置として駐車支援装置を例に説明する。図１は、本発明の実施形態である駐車支援装置１００のブロック構成図である。この駐車支援装置１００は、自動操舵装置２０を備えており、制御装置である駐車支援ＥＣＵ１により制御される。駐車支援ＥＣＵ１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、後述する後方カメラ３２で取得された画像を処理する画像処理部１０と、自動操舵装置の制御を行う操舵制御部１１を有している。この画像処理部１０と操舵制御部１１とは駐車支援ＥＣＵ１内でハード的に区分されていてもよいが、共通のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を用い、ソフト的に区分されていてもよい。
【００１０】
ステアリングホイール２２の動きを転舵輪２５に伝えるステアリングシャフト２１には、ステアリングシャフト２１の操舵量を検出する操舵角センサ２３と、操舵力を付与する操舵アクチュエータ２４が接続されている。ここで、操舵アクチュエータ２４は、自動操舵時に操舵力を付与するほか、運転者の操舵時にアシスト操舵力を付与するパワーステアリング装置を兼ねてもよい。操舵制御部１１は、操舵アクチュエータ２４の駆動を制御するとともに、操舵角センサ２３の出力信号が入力される。
【００１１】
また、操舵制御部１１には、操舵角センサ２３の出力のほか、各輪に配置されてその車輪速を検出する車輪速センサ４１と、車両の加速度を検出する加速度センサ４２の出力が入力されている。
【００１２】
駐車支援ＥＣＵ１の前述した画像処理部１０には、車両後部に配置されて、後方画像を取得する後方カメラ３２の出力信号である画像信号が入力されるほか、駐車支援にあたって運転者の操作入力を受け付ける入力手段３１と、運転者に対して画像により情報を表示するモニタ３４と、音声により情報を提示するスピーカー３３が接続されている。
【００１３】
次に、この駐車支援装置における支援動作を具体的に説明する。この支援動作においては、図２に示されるように、道路２１０の脇に沿って駐車している前車両２０１と後車両２０２の間の駐車スペース２２０に自車両２００を後退によって収容する、いわゆる縦列駐車操作の支援を行うものである。図３は、この支援動作の制御フローチャートであり、図４は、この制御における支援経路の設定を説明する図である。
【００１４】
図３に示される制御は、運転者が入力手段１６を操作して、駐車支援制御の開始を駐車支援ＥＣＵ１に指示してから、指示した目標駐車位置近傍へ到達するまで、あるいは、目標駐車位置へ１回の後退で到達することができないと判定されるまで、運転者が入力手段１６から支援動作をキャンセルしない限り駐車支援ＥＣＵ１により実行され続ける。
【００１５】
具体的には、運転者は、駐車支援の開始位置へと車両を移動させ、モニタ３４に表示されている後方カメラ３２で撮像した後方画像中で目標位置を確認した後、入力手段３１を操作して、この駐車支援制御を開始する。目標位置がモニタ３４の表示画像中で確認できない場合には、確認可能な位置へと車両を移動させて支援をスタートさせる。以下、この駐車支援の開始位置における車両２００の基準点（以下の説明では、車両の後輪の車軸中心を基準点として説明する。もちろん、他の位置、例えば、車両の後端の中心や重心、片側の前端あるいは後端等を基準点にとってもよい。）をＡ点とし、この位置での車両を２００ａで表すものとする。
【００１６】
駐車支援制御２００がスタートしたら、運転者は入力手段３１により目標駐車位置を設定する（ステップＳ２）。ここで、運転者は、モニタ３４に表示されている後方カメラ３２で撮像した画像を見ながら、入力手段３１を操作することにより、画面上に表示されている駐車枠２４０を動かして目標駐車位置へと移動させることにより目標駐車位置の設定を行う。この駐車枠２４０は、目標駐車位置において車両が占める領域より前後方向、左右方向とも大きめに設定されている。
【００１７】
駐車支援ＥＣＵ１の画像処理部１０は、画像認識処理により目標駐車位置における車両位置２００ｇ、具体的には、基準点Ｇの位置と、その位置における車両の方向を求める（ステップＳ４）。このＧ点の位置は、例えば現在の車両位置における基準点Ａに対する相対座標として求めればよい。以下、図２に示されるように、目標位置Ｇ点を原点とし、目標位置における車両の向きをｚ軸方向にとり、これに直交する方向をｘ軸にとった座標系により説明する。また、誘導中における現在の車両の向きとｚ軸のなす角度を偏向角θ（初期位置における偏向角をθ₀とする。）と称する。
【００１８】
次に誘導経路の算出を行う。まず、目標位置Ｇ点から図２に示される中点Ｍ（Ａ点とＧ点の距離的な中間点を意味するものではない。）までの移動経路を逆算する（ステップＳ６）。この移動経路は、走行距離ｐに対する旋回曲率γ（旋回半径Ｒの逆数）の変化として規定される。ここで、中点Ｍにおいては、舵角０の中立状態であり、その偏向角θは、固定値θ₁（例えば、３５°）に設定される。そして、目標位置Ｇ点においては、舵角中立状態でかつ偏向角θは０となる。そして、目標位置Ｇ点からＭ点へと至る経路（実際の誘導においては、中点Ｍから、目標位置Ｇ点へと至る。）の走行距離に対する旋回曲率変化は図４（ａ）に示されるグラフにより表される。この軌跡は、図４（ａ）に示されるように、Ｍ点からＮ点までは旋回曲率γの走行距離ｐに対する変化速度ｄγ／ｄｐを一定（−ωmax）に維持して、旋回曲率γを負側に増大させていき、Ｎ点で旋回曲率の負側の最大値−γmaxに到達させる。このとき、舵角も負側の最大値−δmaxとなり、旋回半径は最小値Ｒminとなる。そして、Ｎ点からＯ点まではその旋回曲率−γmaxを維持（舵角、旋回半径も維持）する。そして、Ｏ点からＧ点までは旋回曲率γの走行距離ｐに対する変化速度ｄγ／ｄｐを一定（ωmax）に維持して、旋回曲率γを増大させ（絶対値は減少させ）てＧ点で旋回曲率を０、つまり舵角中立状態へと移行する。
【００１９】
ここで、座標（ｘ，ｚ）において、距離ｐ₀からｐ₁までの偏向角変化量Δθは、以下の式１により表される。
【００２０】
【数１】

つまり、走行距離ｐに対して旋回曲率γを積分した結果が偏向角の変化量Δθとなる。すなわち、図４（ａ）に示されるハッチング部分の面積Ｓ₀がθ₁に一致するよう各点間の距離を設定すればよい。
【００２１】
一方、中点Ｍの位置座標は、設定した走行軌跡を基にして以下の式から求めることができる。
【００２２】
【数２】

θ₁を固定値とし、旋回曲率の最大変化速度ωmaxも固定した場合には、Ｍ点から目標駐車位置までの走行軌跡は常に同一となるので、予めこの走行軌跡を求めておいて、駐車支援ＥＣＵ１内のＲＯＭ等に格納しておいてもよい。この場合、本ステップではＲＯＭ内から軌跡を読み出す処理を行う。
【００２３】
次に、初期位置Ａ点から、この中点Ｍまでの走行軌跡を走行距離ｐに対する旋回曲率γの変化として求める（ステップＳ８）。図４（ｂ）は、求めたＭ点までの走行軌跡を示している。このＭ点までの走行軌跡は、Ａ点から舵角中立状態のままＢ点まで後退し、Ｂ点からＣ点まで旋回曲率γを増大させる。このとき、旋回曲率γの走行距離ｐに対する変化量を一定値ωmaxとしており、Ｃ点で旋回曲率が最大値γmaxに達するとともに、舵角δが最大舵角δmaxに、旋回半径Ｒは最小値Ｒminに達する。そして、Ｃ点からＤ点までは保舵することで、旋回曲率γ、舵角δ、旋回曲率γmaxを維持し、Ｄ点からＥ点までは、旋回曲率γの走行距離ｐに対する変化量を一定値である−ωmaxとして減少させることで、Ｅ点で舵角δおよび旋回曲率γが０の舵角中立状態へ戻る。Ｅ点からＭ点までは再び舵角中立状態のまま後退させる。ここで、図４（ｂ）にハッチングで示される面積Ｓ₁がθ₁に一致するように経路長を設定することで、Ｍ点へ至る経路を設定することができる。
【００２４】
ステップＳ１０ではこうして設定したＡ点からＭ点までの経路にＭ点からＧ点までの経路を接続することでＡ点からＧ点へ至る経路を設定する。こうして設定された走行軌跡Ｐ₀は、図２に示されるように、ＡＢ間、ＥＭ間が直線、ＣＤ間とＮＯ間が半径Ｒmin（曲率γmax）の円弧であり、ＢＣ間、ＤＥ間、ＭＮ間、ＯＧ間は、一端が曲率０、他端が曲率γmaxのクロソイド曲線となる。
【００２５】
次に、経路が設定できたか否かを判定する（ステップＳ１２）。前車両２０１と後車両２０２との間隔が短いなどの理由で、現在位置Ａ点から目標位置Ｇ点に到達する経路を設定不能と判定した場合には、ステップＳ４０に移行し、現在位置Ａからは目標位置Ｇ点に到達できない旨をモニタ３４やスピーカー３３を用いて運転者に報知し、処理を終了する。運転者は、必要であれば、車両２００を移動させて別の駐車位置へと移動して、再度駐車支援動作を作動させればよい。
【００２６】
ここで、駐車支援ＥＣＵ１は、シフト状態センサ４４により、シフトレバーが後退位置に設定されたことを検知したら、図示していない駆動系に対して、エンジンのトルクアップ制御を行うよう指示することが好ましい。トルクアップ制御とは、エンジンを通常のアイドル時より高い回転数で回転させることで、駆動力の高い状態（トルクアップ状態）に移行させるものである。これにより、運転者がアクセル操作を行うことなく、ブレーキペダルのみで調整できる車速範囲が拡大し、車両のコントロール性が向上する。運転者がブレーキペダルを操作すると、そのペダル開度に応じて各輪に付与される制動力を調整することで車速の調整を行う。このとき、車輪速センサ３２で検出している車速が上限車速を超えないよう各車輪に付与する制動力を制御することで上限車速のガードを行うことが好ましい。
【００２７】
誘導制御においては、まず、車両の現在位置の判定を行う（ステップＳ１４）。この現在位置判定は、後方カメラ３２で撮像している画像における特徴点の移動を基に判定することも可能であるし、車輪速センサ４１や加速度センサ４２の出力を基にした走行距離変化と操舵角センサ２３の出力を基にした舵角変化から曲率変化を求めて、これにより自車位置の判定を行えばよい。
【００２８】
そして、この現在位置（走行距離）を基に先に設定した走行距離−操舵角の設定軌跡に基づいて実際の舵角制御を行う（ステップＳ１６）。具体的には、操舵制御部１１は、操舵角センサ２３の出力を監視しながら、操舵アクチュエータ２４を制御してステアリングシャフト２１を駆動し、転舵輪２５を転動させて、設定した旋回曲率が実現されるよう制御する。舵角制御に合わせて現在の舵角制御状態をモニタ３４、スピーカー３３により運転者に報知することが好ましい。
【００２９】
こうして設定した経路に沿った移動が行われるので、運転者は進路上の安全確認と車速調整に専念することができる。進路上に障害物や歩行者等が存在した場合は、運転者がブレーキペダルを踏み込むと、それに応じた制動力が各車輪へと付与されるので安全に減速、停止することができる。
【００３０】
舵角制御後、まず、現在の操舵負荷状態が操舵負荷の大きい状態であるか否かを判定する（ステップＳ１８）。ここで、操舵負荷が大きいか否かの判定は、車輪速センサ４１で測定した車速が所定のしきい値以下で停止状態に近い状態のとき、操舵アクチュエータ２４に付与される電力が実際に得られている操舵量に比べて大きい場合に操舵負荷が大きいと判定すればよい。前者では、車輪速センサ４１と駐車支援ＥＣＵ１とが本発明における操舵負荷判定手段を構成する。後者では操舵アクチュエータ２４への供給電力（あるいは電流）を検出する手段（図示せず。）と、駐車支援ＥＣＵ１とが本発明における操舵負荷判定手段を構成する。また、本発明における経路再設定手段は、駐車支援ＥＣＵ１内にソフト的に構成されている。操舵負荷が大きいと判定した場合には、ステップＳ３０へと移行して、操舵負荷が大きい場合を考慮して経路の再計算を行う。ここで、経路の再計算は、現在が操舵中で、かつ、旋回曲率の絶対値を増大させる過程にある場合（図４におけるＢＣ間またはＭＮ間）、および、旋回曲率の絶対値を増大させる過程より所定距離手前の時点（図４におけるＡＢ間やＦＭ間の後期）において行うことが好ましい。このように操舵負荷が大きい状態では、操舵アクチュエータ２４の作動負荷が大きいため、目標とする操舵量が確保できない可能性がある。そこで、再計算時には、旋回曲率γの走行距離ｐに対する変化量ｄγ／ｄｐを低く抑える経路を設定する。例えば、現在の位置からの距離に比例して変化量ｄγ／ｄｐを増大させ、最大変化量ωmaxに到達したらその後はωmaxで維持する。
【００３１】
これにより、再計算経路の初期時点、つまり、操舵負荷が大きい状態における操舵量を抑制することができるので、操舵アクチュエータ２４が追従しやすく、制御遅れにより実際の旋回曲率が目標経路の旋回曲率からずれるのを抑制できる。この結果、車両を経路に沿って確実に誘導することができ、誘導精度が向上する。特に、安全のため、運転者が車両を停止させた後、再発進して駐車処理を継続するような場合に、有効である。経路の再設定後は、ステップＳ１４へ戻り、誘導制御を継続する。
【００３２】
操舵負荷が大きくないと判定した場合には、ステップＳ２０へと移行して、現在位置が目標経路上からずれていないかを判定し、ずれが大きい場合には経路修正を要すると判定する。この目標経路からのずれは、目標位置と現在の位置のずれ、あるいは、目標操舵量と実際の操舵量のずれを走行距離に対して積算すること等により求めることができる。経路修正を要する場合には、ステップＳ６へと戻ることで、経路を設定し直す。操舵負荷が小さい場合には、操舵遅れの発生は少ないから、操舵遅れを考慮せずに設定した経路により誘導を行う。
【００３３】
一方、目標経路とのずれが小さい場合には、ステップＳ２２へと移行し、目標駐車位置Ｇ点近傍に到達したか否かを判定する。目標駐車位置へ到達していない場合には、ステップＳ１４へと戻ることで、支援制御を継続する。目標駐車位置へと到達したと判定された場合には、ステップＳ２４へと移行し、モニタ３４、スピーカー３３により運転者に目標駐車位置へと到達した旨を報知して処理を終了する。
【００３４】
図５（ａ）（ｂ）は、それぞれ従来の技術と本実施形態において、操舵状態の途中で、運転者が車両を停止させた場合のその前後の旋回曲率の目標値と実際の旋回曲率変化を比較して示す図である。なお、参考に図５（ｃ）に本実施形態において、走行中に経路を再設定した場合のその前後の旋回曲率の目標値と実際の旋回曲率変化を合わせて示す。
【００３５】
図５（ａ）に示されるように、従来の技術によれば、操舵中に車両を停止させ、再度発進した場合には、発進時の操舵負荷が大きいため、操舵遅れが発生し、これにより、旋回曲率が目標値に達せず、経路のずれが生ずる。その結果、再計算を繰り返す必要が生じ、場合によっては目標位置に到達することが困難になる。これに対して、本実施形態では、図５（ｂ）に示されるように、操舵遅れを考慮して目標とする旋回曲率の変化量を抑制しているので、目標値に制御結果を合致させることができる。そのため、目標位置へと正確に誘導を行うことができる。また、走行中の場合には、図５（ｃ）に示されるように旋回曲率の変化量を大きく設定していても目標値に制御結果を合致させることが可能である。
【００３６】
ここでは、初期設定経路や操舵負荷の小さい状態では、操舵遅れを考慮せずに経路を設定することとしたが、初期設定時や経路ずれに起因する再計算においても操舵負荷を推定し、それに応じて経路を設定するようにしてもよい。この場合、非操舵状態（操舵中立状態、保舵状態）から操舵状態への移行時、特に操舵中立状態から操舵状態への移行時に操舵負荷が大きいと推定すればよい。
【００３７】
以上の説明では、後退による縦列駐車を例に説明したが、本発明は車庫入れ駐車の場合や前進での駐車支援にも適応可能である。また、駐車支援装置に限らず、経路に応じた移動を自動操舵を用いて誘導する走行支援装置、レーンキープシステム等にも適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、走行状態による操舵の負荷状態に基づいて自動操舵時の操舵遅れを考慮して操舵遅れを抑制するよう経路設定を行うので、経路へ確実に追従することができ、車両の誘導精度が向上する。操舵負荷の判定は車両速度や操舵装置の駆動力を基にして判定を行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である駐車支援装置１００のブロック構成図である。
【図２】図１の装置で行う縦列駐車の支援動作を説明する図である。
【図３】図２の支援動作の第１の制御形態の制御処理を示すフローチャートである。
【図４】図３の制御における設定走行軌跡を説明する図である。
【図５】目標経路と実際の経路への追従状態を本実施形態と従来の技術とで比較して示す図である。
【符号の説明】
１…駐車支援ＥＣＵ、１０…画像処理部、１１…操舵制御部、２０…自動操舵装置、３１…入力手段、３２…後方カメラ、３３…スピーカー、３４…モニタ、４１…車輪速センサ、４２…加速度センサ、２４…操舵アクチュエータ、２２…ステアリングホイール、２１…ステアリングシャフト、２３…操舵角センサ、１００…駐車支援装置、２００…車両、２０１…前車両、２０２…後車両、２１０道路、２２０…駐車スペース。

Claims

目標位置へと至る経路を算出して、該経路に沿って自動操舵によって車両を誘導する車両用走行支援装置において、
走行中に、走行中の操舵負荷状態を判定する操舵負荷判定手段と、
前記操舵負荷判定手段により走行中に操舵負荷が大きいと判定された場合には、操舵遅れを考慮し、再設定前の経路と比較して旋回曲率の走行距離に対する変化率が抑制された経路を再設定する経路再設定手段と、
を備えていることを特徴とする車両用走行支援装置。
前記操舵負荷判定手段は、車速が所定値以下の場合に操舵負荷が大きいと判定することを特徴とする請求項１記載の車両用走行支援装置。
前記操舵負荷判定手段は、自動操舵装置の駆動力を基にして操舵負荷判定を行うことを特徴とする請求項１記載の車両用走行支援装置。