JP3843759B2

JP3843759B2 - 自動操舵装置

Info

Publication number: JP3843759B2
Application number: JP2001139749A
Authority: JP
Inventors: 俊文越沢; 弘美伊野
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2021-05-10
Also published as: JP2002331952A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動操舵装置に関し、特に電気的な操舵指令に基づき車両の操舵を行う自動操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両の操舵を油圧またはモータを動力として行う操舵装置が開発されており、このような操舵装置では、電気的な操舵指令により任意の操舵量を得ることができるので、従来は運転手がステアリングホイールを操作して行っていた操舵を自動化することが可能となる。
【０００３】
自動操舵の例としては、高速道路での車線トレースや低速での自動駐車が挙げられる。このような自動操舵においては、車線検出センサや自車両姿勢センサ等からの情報に基づいて操舵指令が操舵装置に与えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
自動操舵において、センサの異常検出やセンサ故障等が発生すると、過大な操舵指令が発せられる可能性がある。特に、高速走行中にこのような過大な操舵指令が操舵装置に与えられると、車両スピンや横転の原因となるため危険である。
【０００５】
従って本発明は、電気的な操舵指令に基づき車両の操舵を自動で行う自動操舵装置に関し、特に、高速走行時における操舵制御の安全性を高めることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、高速走行時における操舵速度に着目した。山海堂「自動車の運動と制御」（安部正人著）によれば、操舵輪の実舵角δ及びハンドルのキングピン周りに換算した回転角αを規定したフィクストコントロール(Fixed Control)について、操舵系の運動は次式で表現することが出来る。
【０００７】
【数式１】

【０００８】
ここで、Isはキングピン周りの左右操舵輪の慣性モーメント、Csは左右キングピンの粘性摩擦係数、Ksはキングピン周りの等価弾性係数、Tsは左右操舵輪に外力として働くモーメントを示している。
式(1)より、操舵(角)加速度d²δ/dt²及び操舵(角)速度dδ/dtが大きくなると、モーメントTsが大きくなり、その結果としてタイヤがグリップを失いやすくなる。
【０００９】
操舵(角)加速度は、操舵(角)速度を規制することで抑えることが可能である。従って、モーメントTsを規制するには、操舵(角)速度を規制する必要がある。
例えば、操舵アクチュエータは、通常、充分な操舵力を発生できるように構成されているので、万一、アクチュエータ指令系の故障等により操舵アクチュエータの発生可能な最大操舵速度での操舵指令が与えられると、非常に大きなモーメントが操舵輪に外力として働き、操舵輪のグリップを喪失させることになる。
【００１０】
〔1〕このような危険な操舵指令が発生した場合に対処するため、本発明に係る自動操舵装置は、車速を検出する車速センサと、該操舵輪又は該操舵アクチュエータの実舵位置を検出する実舵位置センサと、単位時間当りの該実舵位置の変化量を操舵速度とするとき、車速が高速になるに従い許容可能な操舵速度の上限値である上限操舵速度が小さくなるように該車速と該上限操舵速度とを予め対応付けたメモリと、所定周期毎に、該車速センサが検出した該車速を読み込むと共にこれに対応付けられた該上限操舵速度を該メモリを参照して求め、該操舵指令に基づく操舵速度である目標操舵速度と該上限操舵速度とを比較し、該目標操舵速度が該上限操舵速度以上であると判定した場合、該上限操舵速度以下になるように該目標操舵速度を変更する操舵制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１１】
すなわち、実舵位置センサが検出する操舵輪又は操舵アクチュエータの実舵位置の単位時間当りの変化量を操舵速度とすると、車速に応じて許容可能な操舵速度の上限値を上限操舵速度として定める事ができる。安全性を考慮した場合、車速が高速になるに従い上限操舵速度は小さくなるため、メモリには、車速と上限操舵速度とを予め対応付けておく。
【００１２】
操舵制御手段は、所定周期毎に車速センサが検出した車速を読み込むと共にこれに対応付けられた該上限操舵速度を該メモリを参照して求め、該操舵指令に基づく操舵速度である目標操舵速度と該上限操舵速度とを比較し、該目標操舵速度が該上限操舵速度以上であると判定した場合、該上限操舵速度以下になるように該目標操舵速度を変更する。これにより、特に高速走行時において、操舵指令の基となる情報を検出する各種センサの異常検出やセンサ故障に起因して車両スピンや横転などの危険を伴うほど高速な操舵速度で操舵輪を操舵するような操舵指令が発せられた場合に、目標操舵速度が上限操舵速度以下になるように制御することができるため、自動操舵の安全性を高めることが可能となる。
【００１３】
〔2〕また、本発明に係る自動操舵装置は、上記の本発明〔1〕において、該操舵輪又は該操舵アクチュエータの中立位置と該実舵位置との差を操舵量とするとき、該メモリが、車速が高速になるに従い許容可能な操舵量の上限値である上限操舵量が小さくなるように該車速と該上限操舵量とを予め対応付けており、該操舵制御手段が、該操舵指令に基づく操舵量を、該車速から該メモリを参照して求めた該上限操舵量以下になるように制御してもよい。
【００１４】
すなわち、操舵輪又は操舵アクチュエータの中立位置と実舵位置との差を操舵量とすると、車速に応じて許容可能な操舵量の上限値を上限操舵量として定める事ができる。安全性を考慮した場合、車速が高速になるに従い上限操舵量は小さくなるため、メモリには、車速と上限操舵量とを予め対応付けておく。
【００１５】
操舵制御手段は、車速センサが検出した車速からメモリを参照して上限操舵量を求め、操舵指令に基づく操舵量が上限操舵量を越えないように制御する。
車両の操舵において、低速では車両の左右操舵量の全域を使用する場合が存在するが、高速走行中には、タイヤのグリップサークル範囲内で使用する前提で考慮すると、操舵輪の中立位置を中心にして左右の若干量の操舵で充分であり、過大な操舵量で操舵することは車両スピンや横転につながる危険性がある。
【００１６】
従って、操舵速度だけでなく、操舵量についても、操舵指令の基となる情報を検出する各種センサの異常検出やセンサ故障に起因して車両スピンや横転などの危険を伴うほどの操舵量で操舵するような操舵指令が発せられた場合に、操舵量を上限操舵量以内に制御すれば、特に高速走行時における自動操舵の安全性をさらに高めることが可能となる。
【００１７】
〔3〕また、本発明に係る自動操舵装置は、上記の本発明〔1〕または〔2〕において、該操舵指令に基づく該操舵速度が該上限操舵速度を上回るとき、該操舵制御手段が、現在の実舵位置を保持するように制御してもよい。
すなわち、操舵制御手段は、操舵指令に基づく操舵速度が上限操舵速度を上回るとき、操舵指令に従った操舵を行わず、現在の実舵位置を保持する（実舵位置をロックする）ように制御する。
【００１８】
これにより、危険な操舵速度の操舵指令が与えられた場合に現状を維持することで安全性を高めることが可能となる。
〔4〕また、本発明に係る自動操舵装置は、上記の本発明〔1〕または〔2〕において、該操舵指令に基づく該操舵速度が該上限操舵速度を上回るとき、該操舵手段が、該上限操舵速度で操舵するように制御してもよい。
【００１９】
すなわち、操舵制御手段は、操舵指令に基づく操舵速度が上限操舵速度を上回るとき、操舵指令に基づく操舵速度の代わりに上限操舵速度を用いて操舵する（操舵速度を上限操舵速度にロックする）ように制御する。
これにより、危険な操舵速度の操舵指令が与えられた場合に安全な操舵速度の範囲内で操舵することが可能となる。
【００２０】
〔5〕また、本発明に係る自動操舵装置は、上記の本発明〔2〕において、該操舵指令に基づく該操舵量が該上限操舵量を上回るとき、該操舵制御手段が、現在の実舵位置を保持するよう制御してもよい。
すなわち、操舵制御手段は、操舵指令に基づく操舵量が上限操舵量を上回るとき、操舵指令に従った操舵を行わず、現在の実舵位置を保持する（実舵位置をロックする）ように制御する。
【００２１】
これにより、危険な操舵量の操舵指令が与えられた場合に現状を維持することで安全性を高めることが可能となる。
〔6〕また、本発明に係る自動操舵装置は、上記の本発明〔2〕において、該操舵指令に基づく該操舵量が該上限操舵量を上回るとき、該操舵手段が、該上限操舵量で操舵するように制御してもよい。
【００２２】
すなわち、操舵制御手段は、操舵指令に基づく操舵量が上限操舵量を上回るとき、操舵指令に基づく操舵量の代わりに上限操舵量を用いて操舵する（操舵量を上限操舵量にロックする）ように制御する。
これにより、危険な操舵量の操舵指令が与えられた場合に安全な操舵量の範囲内で操舵することが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係る自動操舵装置の実施例を示したものであり、最終目標操舵位置及び目標操舵速度から成る操舵指令を算出して操舵制御装置2に与える操舵位置／操舵速度算出部１、車速を検出する車速センサ3、操舵制御装置2の制御に従って操舵輪6の操舵を行う操舵アクチュエータ4、及び操舵輪6又は操舵アクチュエータ4の実舵位置を検出する実舵位置センサ5を有している。
【００２４】
操舵位置／操舵速度算出部１は、車両が走行する走行路(車線等)を検出する走行路検出部11、自車の走行状況(進行方向等)を検出する自車状況検出部12、自車の操舵パターン(車線内保持等)を運転者指示等により決定する走行パターン決定部13、自車の走行軌跡を算出する目標走行軌跡算出部14、及び操舵指令の値を算出する操舵指令値算出部15から成る。
【００２５】
操舵制御装置2は、操舵制御に必要な信号を入力するための入力部21、操舵制御に関する演算や判断を行うCPU22、RAM23、制御プログラムや制御パラメータを記録したROM24、操舵アクチュエータ4を駆動するための信号を出力する出力部25、及び操舵制御装置2内の各部に必要な電源を車両電源から生成して供給する電源部26により構成されている。
【００２６】
動作において、操舵位置／操舵速度算出部１の目標走行軌跡算出部14は、走行路検出部11、自車状況検出部12、及び走行パターン決定部13からの情報に基づき目標走行軌跡を算出し、操舵指令値算出部15に与える。また、操舵指令値算出部15は、目標走行軌跡算出部14の算出結果に基づいて最終目標操舵位置及び目標操舵速度を操舵指令値として算出し、操舵制御装置2に与える。
【００２７】
操舵制御装置2の入力部21は、操舵位置／操舵速度算出部１からの操舵指令値、車速センサ3からの車速情報、実舵位置センサ5からの実舵位置情報を読み込み、CPU22に与える。CPU22は、RAM23及びROM24を使用して操舵制御に関する演算や判断を行い、出力部25は、CPU22の出力に従って、操舵アクチュエータ4を駆動する。
【００２８】
以下、操舵制御装置2による操舵制御動作を図2及び3に示すフローチャートを参照して説明する。
なお、フローチャートに示す処理は所定時間（例えば100msec）周期で実行されるものとする。また、実舵位置、最終目標操舵位置、及び目標操舵位置は、中立状態を"0"、右転舵を"＋"、左転舵を"−"で示すものとする。さらに、目標操舵速度は、単位時間（例えば100msec）当りの実舵位置の変化量とし、目標操舵速度≧0とする。
【００２９】
まず、図2の処理が開始されると、ステップS1において入力信号として、実舵位置、車速、最終目標操舵位置、及び目標操舵速度が読み込まれる。これらの信号は、実舵位置センサ5、車速センサ3、及び操舵位置／操舵速度算出部1から入力されるものである。
【００３０】
次に、ステップS2において、自動操舵で許容可能な操舵量の上限値である上限操舵量を算出する。この上限操舵量は、車速をパラメータとして車両が安定性を失わない範囲を実験等で予め求めておき、図1に示したROM24に予め保存しておくものとする。
【００３１】
ステップS2の枠内のグラフで黒く図示した部分が操舵量の規制域であり、車速に比例して規制域が広くなっている。これは、左右の転舵における上限操舵量が車速に反比例していることを意味している。
ステップS3では、ステップS1で入力された最終目標操舵位置が規制域に入っているか否かを判定する。規制域に入っていなければステップS5に処理を進めるが、規制域に入っていれば、ステップS4において最終目標操舵位置の変更を行う。
【００３２】
ステップS4における処理は、ALT1に示すように現在の実舵位置を保持する場合（最終目標操舵位置に実舵位置を代入する）、及びALT2に示すように上限操舵量まで操舵する場合（最終目標操舵位置に上限操舵量を代入する）が考えられる。ALT1またはALT2のいずれの処理を行うかは、予めプログラムで規定しておくことが可能である。
【００３３】
ステップS5では、自動操舵で許容可能な操舵速度の上限値である上限操舵速度を算出する。この上限操舵速度は、上限操舵量と同様に、車速をパラメータとして車両が安定性を失わない範囲を実験等で予め求めておき、図1に示したROM24に予め保存しておくものとする。
【００３４】
ステップS5の枠内のグラフで黒く図示した部分が操舵速度の規制域であり、車速に比例して規制域が広くなっている。これは、上限操舵速度が車速に反比例していることを意味している。
ステップS6では、ステップS1で入力された目標操舵速度が規制域に入っているか否かを判定する。規制域に入っていなければ処理を図3のステップS8に進めるが、規制域に入っていれば、ステップS7において目標操舵速度を変更する。
【００３５】
ステップS7における処理は、ALT1に示すように現在の実舵位置を保持する場合（目標操舵速度に0を代入する）、及びALT2に示すように上限操舵速度で操舵する場合（目標操舵速度に上限操舵速度を代入する）が考えられる。ALT1またはALT2のいずれの処理を行うかは、ステップS4と同様に、予めプログラムで規定しておくことが可能である。
【００３６】
ステップS8では、操舵アクチュエータ4を制御するために、実舵位置と最終目標操舵位置とを比較する。なお、ステップS4を実行している場合、最終目標操舵位置はステップS1における入力値とは異なる。
実舵位置＝最終目標操舵位置である場合は、既に転舵は完了しているため、ステップS9で実舵位置を保持するように操舵アクチュエータ4を制御して処理を終了する。
【００３７】
実舵位置＜最終目標操舵位置である場合、右転舵がステップS10〜S13に従って行われる。まず、ステップS10において、現在の実舵位置に目標操舵速度を加算して、最新の目標操舵位置を算出する。なお、上述の如く、目標操舵速度は単位時間当りの実舵位置の変化量であることから、実舵位置との加算が可能である。
【００３８】
ステップS11では、ステップS10で算出した目標操舵位置と最終目標操舵位置とを比較し、目標操舵位置＞最終目標操舵位置である場合のみ、ステップS12で目標操舵位置に最終目標操舵位置を代入する。ステップS13においては、実舵位置が目標操舵位置となるように右転舵を行うように操舵アクチュエータ4を制御して処理を終了する。
【００３９】
実舵位置＞最終目標操舵位置である場合は、左転舵がステップS14〜S17に従って行われる。まず、ステップS14において、現在の実舵位置から目標操舵速度を減算して、最新の目標操舵位置を算出する。
ステップS15では、ステップS14で算出した目標操舵位置と最終目標操舵位置とを比較し、目標操舵位置＜最終目標操舵位置である場合のみ、ステップS16で目標操舵位置に最終目標操舵位置を代入する。ステップS17においては、実舵位置が目標操舵位置となるように左転舵を行うように操舵アクチュエータ4を制御して処理を終了する。
【００４０】
なお、図2に示したステップS2〜S7の制御を実現する手段を図1における操舵位置／操舵速度算出部1に組み込んで、操舵制御装置2には常に上述の上限操舵量以下の最終目標操舵位置及び上限操舵速度以下の目標操舵速度が入力されるように構成することも可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電気的な操舵指令に基づき操舵アクチュエータを介して車両の操舵輪の操舵を行う自動操舵装置において、単位時間当りの操舵輪又は操舵アクチュエータの実舵位置の変化量を操舵速度とするとき、メモリで車速が高速になるに従い許容可能な操舵速度の上限値である上限操舵速度が小さくなるように該車速と該上限操舵速度とを予め対応付け、操舵制御手段が、所定周期毎に、該車速センサが検出した該車速を読み込むと共にこれに対応付けられた該上限操舵速度を該メモリを参照して求め、該操舵指令に基づく操舵速度である目標操舵速度と該上限操舵速度とを比較し、該目標操舵速度が該上限操舵速度以上であると判定した場合、該上限操舵速度以下になるように該目標操舵速度を変更するように構成したので、特に、高速走行時における操舵制御の安全性を高めることが可能となる。
【００４２】
さらに、上記の自動操舵装置において、操舵輪又は操舵アクチュエータの中立位置と実舵位置との差を操舵量とするとき、該メモリで、車速が高速になるに従い許容可能な操舵量の上限値である上限操舵量が小さくなるように該車速と該上限操舵量とを予め対応付け、該操舵制御手段が、該操舵指令に基づく操舵量を、該車速から該メモリを参照して求めた該上限操舵量以下になるように制御するように構成すれば、高速走行時における操舵制御の安全性をより高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自動操舵装置の実施例を示したブロック図である。
【図２】本発明に係る自動操舵装置の操舵制御動作を示したフローチャート図である。
【図３】図2に続く本発明に係る自動操舵装置の操舵制御動作を示したフローチャート図である。
【符号の説明】
1 操舵位置／操舵速度算出部
2 操舵制御装置
3 車速センサ
4 操舵アクチュエータ
5 実舵位置センサ
6 操舵輪
11 走行路検出部
12 自車状況検出部
13 走行パターン決定部
14 目標走行軌跡算出部
15 操舵指令値算出部
21 入力部
22 CPU
23 RAM
24 ROM
25 出力部
26 電源部
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

電気的な操舵指令に基づき操舵アクチュエータを介して車両の操舵輪の操舵を行う自動操舵装置において、
車速を検出する車速センサと、
該操舵輪又は該操舵アクチュエータの実舵位置を検出する実舵位置センサと、
単位時間当りの該実舵位置の変化量を操舵速度とするとき、車速が高速になるに従い許容可能な操舵速度の上限値である上限操舵速度が小さくなるように該車速と該上限操舵速度とを予め対応付けたメモリと、
所定周期毎に、該車速センサが検出した該車速を読み込むと共にこれに対応付けられた該上限操舵速度を該メモリを参照して求め、該操舵指令に基づく操舵速度である目標操舵速度と該上限操舵速度とを比較し、該目標操舵速度が該上限操舵速度以上であると判定した場合、該上限操舵速度以下になるように該目標操舵速度を変更する操舵制御手段と、
を備えたことを特徴とする自動操舵装置。
請求項1において、
該操舵輪又は該操舵アクチュエータの中立位置と該実舵位置との差を操舵量とするとき、該メモリが、車速が高速になるに従い許容可能な操舵量の上限値である上限操舵量が小さくなるように該車速と該上限操舵量とを予め対応付けており、
該操舵制御手段が、該操舵指令に基づく操舵量を、該車速から該メモリを参照して求めた該上限操舵量以下になるように制御することを特徴とする自動操舵装置。
請求項1または2において、
該操舵指令に基づく該操舵速度が該上限操舵速度を上回るとき、該操舵制御手段が、現在の実舵位置を保持するように制御することを特徴とする自動操舵装置。
請求項1または2において、
該操舵指令に基づく該操舵速度が該上限操舵速度を上回るとき、該操舵手段が、該上限操舵速度で操舵するように制御することを特徴とする自動操舵装置。
請求項2において、
該操舵指令に基づく該操舵量が該上限操舵量を上回るとき、該操舵制御手段が、現在の実舵位置を保持するよう制御することを特徴とする自動操舵装置。
請求項2において、
該操舵指令に基づく該操舵量が該上限操舵量を上回るとき、該操舵手段が、該上限操舵量で操舵するように制御することを特徴とする自動操舵装置。