JP4576881B2 - 車両用自動操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、後輪操舵機構を備えた車両用自動操舵装置の技術分野に属する。

従来の車両用自動操舵装置としては、例えば、先行車両に追従して先行する場合、自動操舵選択手段による自動操舵制御の選択により、ドライバがステアリングホイールを操作しなくても先行車両と同じコースをたどるよう、後輪を自動操舵するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特公平０７−００２４６７号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、後輪舵角のみを可変して自動操舵を実施するため、自動操舵制御時にはドライバ操舵で前輪のみを転舵して旋回する車両挙動とは、異なるため、ドライバに違和感を与えるという問題があった。特に、横Ｇが大きく加わる旋回では、前輪操舵が保持されていないため、前輪のふらつきが発生し、先行車両の進行方向やレーンに沿って自動操舵が実施できなくなるおそれがある。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、自動操舵制御時における違和感の抑制および車両のふらつきを防止できる車両用自動操舵装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、
ドライバの入力により自動操舵制御の選択および解除を行う自動操舵選択手段と、
ドライバの入力により自動操舵制御が選択された前記自動操舵制御選択時、ドライバの操舵状態にかかわらず目標走行経路が得られるよう、自動的に前輪舵角を制御する一方、ドライバの入力により自動操舵制御が解除された前記自動操舵制御解除時には、ドライバの操舵入力に応じて前輪舵角を制御する前輪操舵制御手段と、
前記自動操舵制御選択時、後輪舵角が中立付近となるように後輪舵角を制御する一方、前記自動操舵制御解除時、ドライバの操舵入力に応じた目標後輪舵角が得られるよう、後輪舵角を制御する後輪操舵制御手段と、
を備え、
前記前輪操舵制御手段は、自動操舵制御が選択されたとき、後輪舵角が中立付近となった後、後輪操舵制御を停止して自動操舵制御を開始し、
前記後輪操舵制御手段は、自動操舵制御の選択が解除されたとき、自動操舵制御が停止した後、後輪操舵制御を開始することを特徴とする。

本発明にあっては、ドライバの操舵中、すなわち自動操舵制御解除時には、後輪舵角を制御することにより、低速走行時の旋回性能向上および高速走行時の車両安定性向上を図ることができる。また、自動操舵制御選択時には、後輪操舵制御停止後、前輪舵角制御のみを実施することにより、目標走行経路に対する車両のふらつきを防止できるとともに、ドライバ操舵で前輪のみを転舵して旋回するときと同様の車両挙動が得られ、ドライバに与える違和感を抑制できる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、本発明の車両用自動操舵装置を適用した実施例１装置の全体構成図である。
ドライバにより操作されるステアリングホイール１と、前輪２，２の操舵角を可変する前輪操舵機構３は、操舵軸４を介して機械的に連結され、この操舵軸４には、操舵軸４に入力される操舵角を検出する操舵角センサ５と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出センサ６とが設けられている。前輪操舵機構３には、操舵コントロールユニット７からの指令に基づいて前輪操舵機構３を駆動する前輪操舵駆動手段８が設けられている。この前輪操舵駆動手段８は、モータと減速機により構成されている。

後輪９，９には、後輪９，９の操舵角を可変する後輪操舵機構１０が設けられている。この後輪操舵機構１０には、操舵コントロールユニット７からの指令に基づいて後輪操舵機構１０を駆動する後輪操舵駆動手段１１が設けられている。この後輪操舵駆動手段１１は、前輪操舵駆動手段８と同様に、モータと減速機により構成されている。

操舵コントロールユニット７には、操舵角センサ５、操舵トルクセンサ６の出力に加え、先行車／レーン検出手段１２と、車速センサ１３と、自動操舵選択手段１４と、後輪操舵制御選択手段１５の出力が入力される。先行車／レーン検出手段１２は、レーザ・レーダや画像認識等により、先行車の進行方向やレーンの位置を検出し、自車の進行方向を推定する。車速センサ１３は、例えば、各車輪に設けられた車輪速センサにより、自車の車速（車体速）を検出する。

自動操舵選択手段１４は、ドライバによりON選択またはOFFが選択され、ON選択時に自動操舵制御が選択される。後輪操舵制御選択手段１５は、ドライバによりON選択またはOFF選択され、ON選択時に後輪操舵制御が選択される。

図２は、操舵コントロールユニット７の制御ブロック図であり、操舵コントロールユニット７は、前輪操舵制御手段（自動操作制御手段）７ａと後輪操舵制御手段７ｂとを備えている。

前輪操舵制御手段７ａは、自動操舵選択手段１４により自動操舵制御が選択されたとき、先行車／レーン検出手段１２により推定された自車の進行方向と、操舵角センサ５、操舵トルクセンサ６および車速センサ１３の出力に基づいて、自車が先行車またはレーンに追従するために必要な目標前輪舵角を算出し、前輪操舵駆動手段８に対し、目標前輪舵角を得る制御指令を出力する。この前輪操舵制御手段７ａ、前輪操舵駆動手段８、操舵角センサ５、操舵トルクセンサ６、先行車／レーン検出手段１２、車速センサ１３および自動操舵選択手段１４により、自動操舵システムが構成されている。

後輪操舵制御手段７ｂは、後輪操舵制御選択手段１５により後輪操舵制御が選択されたとき、操舵角センサ５、車速センサ１３の出力に基づいて、目標後輪舵角を算出し、後輪操舵駆動手段１１に対し、目標後輪舵角を得る制御指令を出力する。この後輪操舵制御手段７ｂ、操舵角センサ５、後輪操舵駆動手段１１、車速センサ１３および後輪操舵制御選択手段１５により、後輪操舵システムが構成されている。

図３は、車速に応じた後輪／前輪舵角比設定マップであり、後輪操舵制御手段７ｂは、車速があらかじめ設定された低車速しきい値V₀以下となる低車速域では、後輪舵角を前輪舵角と逆相側へ操舵させる逆相制御を実施する。この逆相制御では、車速が低くなるほど後輪舵角を大きくし、低車速域における車両の旋回性能の向上を図る。

一方、後輪操舵制御手段７ｂは、車速が低車速しきい値V₀を超える中・高車速域では、後輪舵角を前輪舵角と同相側へ操舵させる同相制御を実施する。この同相制御では、車速が高くなるほど後輪舵角を大きくし、中・高車速域における車両の走行安定性の向上を図る。

次に、作用を説明する。
［後輪操舵→自動操舵切り替え制御処理］
図４は、操舵コントロールユニット７で実行される後輪操舵→自動操舵切り替え制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。

ステップS1では、自動操舵選択手段１４と後輪操舵制御選択手段１５の出力を読み込み、自動操舵がON選択されているかどうかを判定する。YESの場合にはステップS2へ移行し、NOの場合にはステップS8へ移行する。

ステップS2では、先行車／レーン検出手段１２の出力を読み込み、進行方向推定がOKであるかどうかを判定する。YESの場合にはステップS4へ移行し、NOの場合にはステップS3へ移行する。

ステップS3では、後輪操舵制御を継続し、ステップS1へ移行する。

ステップS4では、後輪舵角が中立位置付近にあるかどうかを判定する。YESの場合にはステップS6へ移行し、NOの場合にはステップS5へ移行する。

ステップS5では、徐々に後輪操舵量を抑える制御を実施し、ステップS1へ移行する。

ステップS6では、後輪操舵制御を停止し、ステップS7へ移行する。

ステップS7では、自動操舵を開始し、リターンへ移行する。

ステップS8では、後輪操舵制御を継続し、リターンへ移行する。

［後輪操舵→自動操舵切り替え制御］
自動操舵がON選択されている場合には、図４のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2→ステップS4へと進む流れとなり、ステップS4では、後輪舵角が中立位置付近にあるかどうかが判定される。

ステップS4において、後輪舵角が中立位置付近にある場合には、ステップS4からステップS6→ステップS7へと進み、ステップS6では後輪操舵制御を停止し、ステップS7では自動操舵を開始する。よって、後輪操舵制御を停止した後、自動操舵制御が実施されることで、自動操舵制御時、後輪操舵制御のふらつきにより、目標先行経路に対して車両がふらつくのが防止できる。また、自動操舵制御時は前輪舵角のみを制御するため、ドライバ操舵で前輪のみを転舵して旋回するときと同様の車両挙動が得られ、ドライバに違和感を与えない。

また、後輪舵角が中立位置付近となったとき、後輪操舵制御を停止するため、自動操舵制御時、後輪舵角が中立位置にないことで目標先行経路に対して車両がふらつくのを防止できる。

ステップS4において、後輪舵角が中立位置付近にない場合には、ステップS4からステップS5へと進み、ステップS5では、徐々に後輪舵角量を抑える制御が実施される。よって、徐々に後輪舵角が抑えられることで、車両挙動に影響を与えることなく、自動操舵制御制御を開始できる。

自動操舵がON選択されていない場合には、図４のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS8へと進み、ステップS8において、後輪操舵制御が継続される。

［自動操舵→後輪操舵切り替え制御処理］
図５は、操舵コントロールユニット７で実行される自動操舵→後輪操舵切り替え制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。

ステップS11では、自動操舵選択手段１４と後輪操舵制御選択手段１５の出力を読み込み、自動操舵がON選択されているかどうかを判定する。YESの場合にはステップS12へ移行し、NOの場合にはステップS15へ移行する。

ステップS12では、先行車／レーン検出手段１２の出力を読み込み、進行方向推定がOKであるかどうかを判定する。YESの場合にはステップS13へ移行し、NOの場合にはステップS15へ移行する。

ステップS13では、ドライバの操舵介入が検出されたかどうかを判定する。YESの場合にはステップS15へ移行し、NOの場合にはステップS14へ移行する。ここで、ドライバの操舵介入は、操舵角センサ５または操舵トルクセンサ６の出力が、自動操舵の前輪操舵制御の指令に対して、一定値以上の場合、ドライバの操舵介入があったと判定する（操舵介入度合い判断手段に相当）。

ステップS14では、自動操舵を継続し、ステップS11へ移行する。

ステップS15では、自動操舵制御を停止し、自動操舵選択手段１４のON選択を解除し、後輪操舵制御を開始してステップS16へ移行する。

ステップS16では、実後輪舵角と目標後輪舵角との差がφｄよりも小さいかどうかを判定する。YESの場合にはステップS18へ移行し、NOの場合にはステップS17へ移行する。ここで、実後輪舵角は、後輪操舵駆動手段１１のモータの回転角等から検出する。また、判定しきい値φｄは、車両挙動が大きく変化しない範囲に抑えるため、車速が高いほど、φｄを小さく設定する。

ステップS17では、後輪舵角を徐々に目標後輪舵角に近づける制御を実施し、ステップS16へ移行する。このとき、ステップS13でのドライバの操舵介入の度合いが大きいほど、目標後輪舵角へ近づける後輪舵角量を大きくする。また、現在の車速が高いほど、目標後輪舵角へ近づける後輪舵角量を小さくする。

ステップS18では、目標後輪舵角に基づく後輪操舵制御を実施し、リターンへ移行する。

［自動操舵→後輪操舵切り替え制御作用］
ドライバの操舵介入があった場合には、図５のフローチャートにおいて、ステップS11→ステップS12→ステップS13→ステップS15→ステップS16へと進む流れとなり、ステップS16では、実後輪舵角と目標後輪舵角との差が比較される。ここで、ドライバの操舵介入の度合いは、操舵角センサ５の出力の微分値である操舵角速度、または操舵トルクセンサ６の出力である操舵トルクに基づいて判断しているため、ドライバの運転意志を確実に判断できる。

ステップS16において、実後輪舵角と目標後輪舵角との差がφｄよりも小さい場合には、ステップS16からステップS18へと進み、ステップS18では、目標後輪舵角に基づく後輪操舵制御を実施する。よって、自動操舵制御以外のドライバ操舵での走行時において、後輪舵角制御を実施することにより、低速走行時の旋回性能向上および高速走行時の車両安定性向上を図ることができる。

ステップS16において、実後輪舵角と目標後輪舵角との差がφｄ以上である場合には、ステップS16からステップS17へと進み、ステップS17では、後輪舵角を徐々に目標後輪舵角に近づける制御を実施する。よって、後輪操舵制御開始の動きが、車両挙動に大きく影響を与えないようにすることができる。

ドライバの操舵介入がなかった場合には、図５のフローチャートにおいて、ステップS11→ステップS12→ステップS13→ステップS14へと進む流れとなり、ステップS14では、自動操舵が継続される。

［自動操舵制御と後輪操舵制御の切り替え作用］
特公平０７−００２４６７号公報には、後輪を自動操舵することにより、先行車両に追従して先行する車両の走行制御装置が記載されているが、この従来技術では、後輪舵角のみを可変して自動操舵を実施するため、ドライバ操舵で前輪のみを転舵して旋回する車両挙動とは、異なるため、ドライバに違和感を与えるという問題がある。特に、横Ｇが大きく加わる旋回では、前輪操舵が保持されていないため、前輪のふらつきが発生し、先行車両の進行方向やレーンに沿って自動操舵が実施できなくなるおそれがある。

一方、前輪舵角と後輪舵角を共に制御して自動操舵制御を実施した場合、前輪操舵制御のふらつきと、後輪操舵制御のふらつきが重なるため、レーンへの追従性確保が困難になるという問題が生じる。

これに対し、実施例１装置では、自動操舵制御を停止した後に後輪操舵制御を実施し、かつ後輪操舵制御を停止した後に自動操舵制御を実施することにより、自動操舵制御時における車両のふらつき防止と、ドライバ操舵での走行時における低速走行時の旋回性能向上および高速走行時の車両安定性向上とを両立できる。また、自動操舵制御を前輪操舵のみで行うため、ドライバ操舵で前輪のみを転舵して旋回するときと同様の車両挙動が得られ、ドライバに与える違和感を抑制できる。

また、実施例１装置では、自動操舵制御から後輪操舵制御に移行するとき、徐々に後輪舵角を目標後輪舵角に近づけることにより、急に後輪が大きく操舵されないようにしているため、車両挙動の急変を防止できる。

次に、効果を説明する。
実施例１装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。

(1) 前輪操舵制御手段７ａは、自動操舵制御が選択されたとき、後輪操舵制御が中立付近で停止した後、自動操舵制御を開始し、後輪操舵制御手段７ｂは、自動操舵制御の選択が解除されたとき、自動操舵制御が停止した後、後輪操舵制御を開始するため、自動操舵制御時における違和感の抑制および車両のふらつきを防止できる。特に、実施例１装置においては、後輪操舵制御手段７ｂは、車速があらかじめ設定された低車速しきい値V ₀ 以下となる低車速域では、後輪舵角を前輪舵角と逆相側へ操舵させる逆相制御を実施し、車速が低車速しきい値V ₀ を超える中・高車速域では、後輪舵角を前輪舵角と同相側へ操舵させる同相制御を実施することにより、ドライバ操舵での走行時における低速走行時の旋回性能向上および高速走行時の車両安定性向上とを両立できる。

(2) 後輪操舵制御手段７ｂは、ドライバの操舵介入によって自動操舵制御が停止した後の後輪操舵制御の開始時には、ドライバの操舵介入度合いに応じて後輪舵角を徐々に目標後輪舵角へ近づけるため、後輪舵角中立状態から、急に前輪舵角に応じた後輪舵角に操舵されず、車両挙動の急変を抑制できる。

(3) 後輪操舵制御手段７ｂは、操舵角速度または操舵トルクの少なくとも一方に基づいてドライバの操舵介入度合いを判断するため、ドライバの操舵意志を確実に判断でき、車両挙動の急変を防止できる。

(4) 後輪操舵制御手段７ｂは、現在の後輪舵角と目標後輪舵角との差φｄに応じて後輪舵角を徐々に目標後輪舵角に近づけるため、後輪舵角中立状態から、急に前輪舵角に応じた後輪舵角に操舵されず、車両挙動が急変するのを抑制できる。

(5) 後輪操舵制御手段７ｂは、自動操舵制御が選択されたとき、後輪舵角が中立付近となった後、後輪操舵制御を停止するため、自動操舵制御時、後輪操舵制御のふらつきにより、目標先行経路に対して車両がふらつきのを防止できる。

(6) 後輪操舵制御手段７ｂは、自動操舵制御が選択されたとき、後輪舵角が中立付近にない場合には、後輪舵角を徐々に中立位置へ近づけるため、車両挙動に影響を与えることなく、自動操舵制御を開始できる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、実施例１では、先行車／レーン検出手段が検出不能となった場合、またはドライバの操舵介入が合った場合に、自動操舵制御を停止したが、車速、アクセルペダル操作量およびブレーキペダル操作量を停止条件としてもよい。

本発明の車両用自動操舵装置を適用した実施例１装置の全体構成図である。 操舵コントロールユニット７の制御ブロック図である。 車速に応じた後輪／前輪舵角比設定マップである。 操舵コントロールユニット７で実行される後輪操舵→自動操舵切り替え制御処理の流れを示すフローチャートである。 操舵コントロールユニット７で実行される自動操舵→後輪操舵切り替え制御処理の流れを示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 前輪
３ 前輪操舵機構
４ 操舵軸
５ 操舵角センサ
６ 操舵トルクセンサ
７ 操舵コントロールユニット
７ａ 前輪操舵制御手段
７ｂ 後輪操舵制御手段
８ 前輪操舵駆動手段
９ 後輪
１０ 後輪操舵機構
１１ 後輪操舵駆動手段
１２ 先行車／レーン検出手段
１３ 車速センサ
１４ 自動操舵選択手段
１５ 後輪操舵制御選択手段

Claims (6)

1. ドライバの入力により自動操舵制御の選択および解除を行う自動操舵選択手段と、
   ドライバの入力により自動操舵制御が選択された前記自動操舵制御選択時、ドライバの操舵状態にかかわらず目標走行経路が得られるよう、自動的に前輪舵角を制御する一方、ドライバの入力により自動操舵制御が解除された前記自動操舵制御解除時には、ドライバの操舵入力に応じて前輪舵角を制御する前輪操舵制御手段と、
   前記自動操舵制御選択時、後輪舵角が中立付近となるように後輪舵角を制御する一方、前記自動操舵制御解除時、ドライバの操舵入力に応じた目標後輪舵角が得られるよう、後輪舵角を制御する後輪操舵制御手段と、
   を備え、
   前記前輪操舵制御手段は、自動操舵制御が選択されたとき、後輪舵角が中立付近となった後、後輪操舵制御を停止して自動操舵制御を開始し、
   前記後輪操舵制御手段は、自動操舵制御の選択が解除されたとき、自動操舵制御が停止した後、後輪操舵制御を開始することを特徴とする車両用自動操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両用自動操舵装置は、前記自動操舵制御選択時にドライバの操舵介入があった際には前記自動操舵制御を停止するとともに、前記自動操舵選択手段の自動操舵制御の選択を解除する車両用自動操舵装置であって、
   前記自動操舵制御選択時にドライバの操舵介入があった際の、ドライバの操舵介入度合いを検出する操舵介入度合い判断手段を設け、
   前記後輪操舵制御手段は、自動操舵制御が停止した後に後輪操舵制御を開始し、前記ドライバの操舵介入によって自動操舵制御が停止した後の後輪操舵制御の開始時には、前記操舵介入度合い判断手段によって検出されたドライバの操舵介入度合いに応じて後輪舵角を徐々に目標後輪舵角へ近づけることを特徴とする車両用自動操舵装置。
3. 請求項２に記載の車両用自動操舵装置において、
   前記操舵介入度合い検出手段は、操舵角速度または操舵トルクの少なくとも一方に基づいてドライバの操舵介入度合いを判断することを特徴とする車両用自動操舵装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用自動操舵装置において、
   前記後輪操舵制御手段は、現在の後輪舵角と目標後輪舵角との差に応じて後輪舵角を徐々に目標後輪舵角へ近づけることを特徴とする車両用自動操舵装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用自動操舵装置において、
   前記後輪操舵制御手段は、自動操舵制御が選択されたとき、後輪舵角が中立付近となった後、後輪操舵制御を停止することを特徴とする車両用自動操舵装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両用自動操舵装置において、
   前記後輪操舵制御手段は、自動操舵制御が選択されたとき、後輪舵角が中立付近にない場合には、後輪舵角を徐々に中立位置へ近づけることを特徴とする車両用自動操舵装置。

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