JP3721973B2

JP3721973B2 - 車両の操舵装置

Info

Publication number: JP3721973B2
Application number: JP2000297313A
Authority: JP
Inventors: 欣高出口; 武昭小幡
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: US20020038171A1; JP2002104224A; US6549835B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前後輪（４輪）操舵機能を備えた車両の操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
縦列駐車等、低速走行における車両取り回しを容易にする従来技術としては、特開平８−９１２３８号公報記載の４輪操舵装置が開示されている。この装置は、ヨーレート、ハンドル角等に基づいて目標後輪操舵角を演算し、この目標後輪操舵角に基づいて後輪を自動的に操舵する４輪操舵装置である。車両の取り回しを容易にする為に、極低速時には右切りスイッチまたは左切りスイッチの操作により目標後輪操舵角にかかわらずモータを駆動させ、後輪をドライバーの意図する舵角に任意に操舵可能とする方法が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の４輪操舵装置においては、ステアリング操作を行いながらスイッチ操作を行わなければならず、低速走行における車両取り回しの際に運転操作が煩雑である。これを避けるために、前輪に連動させて後輪を操舵する装置が考えられるが、そのような装置においても、必ずしも低速走行における車両取り回しを容易にするものになるとは限らなかったという問題点があった。以下、シミュレーション結果によりその問題点を示す。
【０００４】
運転者が前進走行で車両を縦列駐車させる状況のシミュレーション結果例を図１２および図１３に示す。ここでは、前輪１の転舵量に連動させて後輪を逆相に０．５転舵させるものとしている。図１２は、壁に平行に車両を駐車させる様に運転者がステアリング操作を行なったときの結果であるが、車両停止位置が壁から離れてしまい、壁に近接させて車両を停止させにくくなってしまう。
【０００５】
また図１３は、車両が壁に近接するように運転者が車両前端や側面を注意しながら、ステアリング操作を行ったときの結果であるが、車両の後端が壁に近接しにくくなってしまう。いずれにしても、壁に平行に、かつ、近接させて縦列駐車させるのが困難であるという課題があった。
【０００６】
次に、車両を狭路へ進入させるシミュレーション結果例を図１４に示す。先ほどと同じく、前輪１の転舵量に連動させて後輪を逆相に０．５転舵させるものとしている。この場合にも、車両前方外側を狭路進入口よりも先まで（図１４では狭路進入口より上側まで）張出させた上で車両を進入させる必要があり、その張出させ具合を運転者が調整するのは困難であるという課題があった。
【０００７】
これらの課題に鑑み、本発明は、操作が煩雑でないと共に、前進走行でも障害壁と適切な距離を保って縦列駐車しやすく、狭路への進入も容易に実現できる車両の転舵装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、車両進行方向から車両旋回外側に向って存在する、道路境界、障害壁、白線等の進入禁止領域を検出する進入禁止領域検出手段と、この進入禁止領域検出手段によって検出された進入禁止領域と該進入禁止領域ではない通行可能領域との境界と車両の向きとのなす角αを演算するα演算手段と、前記α演算手段によって演算された前記境界の向きと車両の向きとのなす角αに基づいて、車両進行方向前方の前方転舵角を前記α以下の所定値に制限すると共に、車両進行方向の後方転舵角を制御する転舵角制御手段と、を備えたことを要旨とする車両の操舵装置である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１記載の車両の操舵装置において、前記所定値はαであることを要旨とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１または請求項２に記載の車両の操舵装置において、前記所定値は、車両進行方向前方の旋回外側端を通り、前記進入禁止領域境界の向きと垂直をなす線上に車両の転舵中心が位置するように設定された前方転舵角の値を用いることを要旨とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１または請求項２に記載の車両の操舵装置において、前記所定値は、前記進入禁止領域境界に最も近接している車両の部位を通り、前記進入禁止領域境界の向きと垂直をなす線上に車両の転舵中心が位置するように設定された前方転舵角の値を用いることを要旨とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、前記転舵角制御手段は、前方転舵角の絶対値が制限を受けている場合には、制限されて切り捨てられる量が大きいほど後方転舵角を旋回半径が小さくなる向きに制御することを要旨とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、前記転舵角制御手段は、前方転舵角の絶対値が制限を受けている場合には、前方操舵角が制限されない場合の転舵半径と同一の転舵半径となるように後方転舵角を制御することを要旨とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、前記進入禁止領域検出手段は、ナビゲーション装置により車両の位置および姿勢を特定すると共に、ナビゲーション装置の道路情報を検索することで、車両進行前方から車両旋回外側に向かって存在する進入禁止領域境界を検出することを要旨とする。
【００１５】
請求項８記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、車両の走行速度を検出する車速検出手段を備え、前記操舵角制御手段は、前記車速検出手段により検出された車速が所定車速以上である場合には、前記前方転舵角を制限しないことを要旨とする。
【００１６】
請求項９記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、操作者によって操作される制限入力手段を備え、前記転舵角制御手段は、前記制限入力手段が操作され、且つ前記進入禁止領域検出手段によって進入禁止領域を検出した場合に、前記前方転舵角を前記α以下の所定値に制限すると共に、前記後方転舵角を制御することを要旨とする。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、車両の現在位置を検出する現在位置検出手段と、前記現在位置検出手段によって検出された現在位置が、予め設定された地点であるかどうかを判断する設定地点判断手段と、を備え、前記転舵角制御手段は、前記設定地点判断手段によって、前記現在位置が予め設定されている地点であると判断された場合には、前記前方転舵角を前記α以下の所定値に制限すると共に、前記後方転舵角を制御することを要旨とする。
【００１８】
請求項１１記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、ステアリングの操作量を検出するステアリング操作量検出手段を備え、前記転舵角制御手段は、前記前方転舵角がα以下の所定値に制限された後、ステアリング操作量が略直進状態である場合には、前記前方転舵角を制限しないようにすることを要旨とする。
【００１９】
請求項１２記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、前記転舵角制御手段により前記前方転舵角がα以下の所定値に制限されていることを報知する報知手段を備えたことを要旨とする。
【００２０】
〔用語の定義〕
次に、本明細書中で用いる用語の定義を図１１を参照して明確にする。この定義は、特許請求の範囲、課題解決手段、及び実施形態に適用されるものとする。
【００２１】
◆車両の基準点Ｐ
車両上に固定された座標原点。車両上の任意の位置に基準点を取ることができるが、通常、計算の容易なように、前車軸の２等分点と後車軸の２等分点とを結ぶ線分の２等分点を基準点に選ぶ。車両の重心点を基準点と選んでもよい。
【００２２】
◆車両固定座標
図１１に示すように、車両に固定して原点、ｘ，ｙ軸を定めた座標。以下では、車両上の基準点Ｐを原点にとり、ｘ軸を車両前方に、ｙ軸を車両側方に、図１１の通りにとる。ここでｙ軸については、車両の旋回内側の向きを正にとる。図１１では右旋回しているので、右側を正にとる。左旋回中には左側を正にとる。
【００２３】
◆転舵角
ｘ軸と車輪との成す角（前右輪の転舵角は図示δｆｒ、前左輪）。右への転舵を正とする。
【００２４】
◆転舵中心
車両の前後輪転舵角を一定としたまま旋回した場合に、旋回中心となる車両固定座標上の点。
【００２５】
◆転舵中心半径
車両上の基準点Ｐと転舵中心との距離。
【００２６】
◆転舵中心仰角
ｙ軸に対する、車両上の基準点Ｐと転舵中心とを結ぶ線の角。車両進行方向への回転角を正にとる。右旋回時は、反時計回りが正の向き。左旋回時は、時計回りが正の向き。
【００２７】
◆進入禁止領域境界と車両の向きとの成す角α
ｘ軸に対する進入禁止領域境界（障害壁或いは白線）の角。車両が右旋回している場合には時計回りを正の向き。左旋回している場合には、反時計回りが正の向き。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、進入禁止領域検出手段によって進入禁止領域を検出した場合に、前方転舵角をα以下の所定値に制限すると共に、後方転舵角を制御するようにした。
【００２９】
従って、進入禁止領域が検出された場合には、前方転舵角がα以下の所定値に制限されると共に、後方転舵角が制御されて、車両の進行方向前方が進入禁止領域から離れることなく、車両進行方向後方が進入禁止領域へ近づくように車両が挙動し、操作が煩雑でないと共に、前進走行でも進入禁止領域と適切な距離を保って縦列駐車し易く、また狭路への進入も容易に実現できるという効果を得られる。
【００３０】
尚、進入禁止領域は、障害壁、ガードレール・生け垣・道路端の段差・白線・アスファルトと土との境界のような舗装部分と非舗装部分との境界なども含むものとする。
【００３１】
また請求項２記載の発明によれば、所定値をαとしたので、請求項１と同様の効果が得られる。
【００３２】
請求項３記載の発明によれば、所定値として、車両進行方向前方の外側端を通り進入禁止領域境界の向きと垂直をなす線上に車両の転舵中心が位置するように設定された前方転舵角の値を用いることとした。これにより、車両進行方向前方の外側端（図４の点Ａ１）が障害壁に沿うように精度良く車両を挙動させることができるようになった。
【００３３】
請求項４記載の発明によれば、所定値として、障害壁或いは白線の線分上に最も近接している車両の部位を通り障害壁或いは白線の向きと垂直をなす線上に車両の転舵中心が位置するように設定された前方転舵角の値を用いることとした。これにより、例えば車両のサイドミラーが車両進行方向前方の外側端よりも横に突き出ており、車両と進入禁止領域との成す角αに応じて最も近接している車両部位が変わる（αが大きい時には、車両進行方向前方の外側端［図４の点Ａ１］が最も接近し、αが小さい時には、サイドミラー［図４の点Ａ３］が最も接近する。）車両であっても、車両進行前方の目標転舵角絶対値が略αを超えるように運転者がステアリングを操作したときには、進入禁止領域に最も近接している車両部位が進入禁止領域に沿うように精度良く車両を挙動させることができるようになった。
【００３４】
請求項５記載の発明によれば、前方転舵角の絶対値が制限を受けている場合には、制限されて切り捨てられる量が大きいほど後方転舵角を旋回半径が小さくなる向きに制御するようにした。これにより、前方転舵角が制限を受けている場合にも、制限を受けていない場合に近い車両旋回半径を実現することができる。従って、前方転舵角の制限有り無しにかかわらず、運転者のステアリング操作量に対して同様の旋回半径を実現できるため、運転者が車両挙動を調整し易くなる効果が得られるようになった。
【００３５】
請求項６記載の発明によれば、前方転舵角絶対値が制限を受けている場合には、前方転舵角が制限されない場合の転舵半径と同一の転舵半径となるように後方転舵角を制御するようにした。これにより、前方転舵角が制限を受けている場合の車両旋回半径を、制限を受けていない場合の車両旋回半径に精度良く一致させることができるようになった。故に、一層運転者が車両挙動を調整し易くなる効果が得られるようになった。
【００３６】
請求項７記載の発明によれば、前記進入禁止領域検出手段を、ナビゲーション装置により車両の位置および姿勢を特定すると共に、ナビゲーション装置の道路情報を検索することで、車両進行前方から車両旋回外側に向かって存在する進入禁止領域を検出するようにした。
【００３７】
従って、予め進入禁止領域が特定できるので、進入禁止領域を検出する構成、例えばカメラ等を用いることなく、進入禁止領域を特定することができ、コストダウンすることができる。
【００３８】
また請求項８記載の発明によれば、車速検出手段により検出された車速が所定車速以上である場合には、前方転舵角を制限しないようにしたので、所定車速未満では前方転舵角が制限され、所定車速以上では前方転舵角が制限されないので、所定車速以上の走行時にはステアリングの操作量に基づいて転舵角が得られ、違和感がないという効果が得られる。
【００３９】
また請求項９記載の発明においては、制限入力手段が操作された場合に、前方転舵角をα以下の所定値に制限すると共に、後方転舵角を制御するようにしたので、操作者が転舵角の制限の有無を選択することができるという効果が得られる。
【００４０】
また請求項１０記載の発明では、設定地点判断手段によって、現在位置が予め設定されている地点であると判断された場合には、前方転舵角をα以下の所定値に制限すると共に、後方転舵角を制御するようにしたので、予め設定した地点では前方転舵角を制限し、それ以外の地点では制限しないので、地域情報に基づいた設定を予め行うことができる。
【００４１】
また請求項１１記載の発明では、前方転舵角がα以下の所定値に制限された後、ステアリング操作量が略直進状態である場合には、前方転舵角を制限しないようにしたので、前方転舵角の制限を自動的に解除することができるという効果を有する。
【００４２】
また請求項１２記載の発明においては、前方転舵角がα以下の所定値に制限されていることを報知するようにしたので、運転者が制限を受けていることを認識することができ、車両が制限を受けていないときと異なる挙動を示しても慌てることがないという効果を得られる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る車両の操舵装置の第１の実施形態を採用した車両の構成を示すシステム構成図である。
【００４４】
図１において、車両１１は、前輪１、後輪２、運転者が操作するステアリングホイール３、ステアリングホイールの操舵角ＳＴを検出する操舵角センサ４を備えている。操舵角センサ４は、例えば光学式ロータリエンコーダを使用して運転者のステアリング操作量であるコラムシャフトの回転量及び回転方向を検出し、操舵装置（以下，ＥＣＵと略す）１２に送る。
【００４５】
左右の前輪１をそれぞれ操舵する車輪転舵アクチュエータ５、６、左右の後輪２をそれぞれ操舵する後輪転舵アクチュエータ７、８は、それぞれＤＣモータを有し、ウォームギアを介してモータの旋回運動をステアリングラックの左右運動に変換しその移動量を調整することで前後左右輪の転舵角を調整できる。
【００４６】
ここでモータは、ＤＣモータに限らず、誘導モータあるいはスイッチトリラクタンスモータなどでも良いし、直接ステアリングラックの移動量を調整できるリニアモータであってもよい。
【００４７】
また、転舵アクチュエータ５、６、７、８をそれぞれ駆動する駆動回路２０、２１、２２、２３は、ＥＣＵ１２から転舵角の指令値を受けて、各輪転舵用のモータを駆動するものであり、正逆転制御可能なＨブリッジで構成され、後述するＥＣＵ１２から指令されるモータ電流を実現するようにＤＣモータの電流フィードバックが成されている。
【００４８】
ポテンショ式のラックストロークセンサ３１、３２、３３、３４は、それぞれ前後左右輪のステアリングラック移動量を検出するものである。また、車速センサ１４、１５、１６、１７は、車両１１の各車輪の回転速度を検出するセンサである。これらは、各車輪の回転軸に取り付けられた歯車の回転に応じて、溝から歯の位置に差し掛かる時にパルスを出力するホールＩＣタイプのものなどが利用できる。
【００４９】
車両１１の前部に前方に向かって設けられたＣＣＤカメラ４１は、車両進行前方の画像を入力する。画像処理装置４５は、ＣＣＤカメラ４１から入力された画像に対してエッジ処理等の演算を行なって、道路境界、障害壁、白線等の進入禁止領域の認識を行うことが出来る装置である。この画像処理装置４５の演算結果は、制御信号線により後述するＥＣＵ１２に転送される。
【００５０】
ナビゲーション装置５１は、ＧＰＳ受信機及びジャイロを備えたナビゲーションシステムであり、ＧＰＳ受信機により車両の位置を検出すると同時に、内蔵しているジャイロから車両の姿勢を求め、ナビゲーション装置５１の持つ地図情報と合わせて、タッチパネル式のナビゲーション画面５２に結果を表示するものである。ナビゲーション装置５１の内部には、車両位置情報や車両姿勢情報等を記憶するＲＡＭを備えていて、ＥＣＵ１２から必要に応じてその内容を取得できるようになっている。
【００５１】
ＥＣＵ１２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを備えたマイクロコンピュータを中心とした制御回路で構成したものであり、外部との信号入出力や種々の演算を行なう。ＣＰＵは演算を実行し、ＲＯＭは後述する制御プログラムや各種データ等を記憶している。ＲＡＭはプログラム実行中に一時的に情報の記憶を行なう。Ｉ／Ｏインターフェースは外部のセンサ等からの情報の入力や、外部のアクチュエータを駆動するための信号の出力を行なう。また車速センサのパルス間時間を計測するタイマなども備えている。
【００５２】
図２は、本発明に係る車両の操舵装置の構成を示すブロック図である。図２において、操舵装置は、運転者のステアリング操作量である操舵角を検出するステアリング量検出部１０１と、道路境界や障害壁或いは白線等の進入禁止領域を検出する進入禁止領域検出部１０２と、進入禁止領域検出部１０２が進入禁止領域を検出している場合に、転舵角制限モードと判定するモード判定部１０３と、進入禁止領域検出部１０２により検出される進入禁止領域境界の向きと車両の向きとの成す角αを演算するα演算部１０４と、ステアリング量検出部１０１が検出したステアリング操作量に基づいて車両進行前方の目標転舵角を演算するものであって、モード判定部１０３が転舵角制限モードと判定した場合には、車両進行前方の目標転舵角絶対値を最大略αに制限して演算する前方目標転舵角演算部１０５と、前記ステアリング操作量に基づいて車両進行後方の目標転舵角を演算する後方目標転舵角演算部１０６と、進行方向前方の実転舵角を前方目標転舵角と一致させる前方転舵角調整部１０７と、進行方向後方の実転舵角を後方目標転舵角と一致させる後方転舵角調整部１０８と、を備えている。
【００５３】
図２と図１との対応は、以下の通りである。ステアリング量検出部１０１は、操舵角センサ４に対応する。進入禁止領域検出部１０２は、ＣＣＤカメラ４１及び画像処理装置４５に対応する。
【００５４】
モード判定部１０３と、α演算部１０４と、前方目標転舵角演算部１０５と、後方目標転舵角演算部１０６とは、ＥＣＵ１２に対応し、ＥＣＵ１２に内蔵されるＣＰＵがプログラムを実行することによって実現される。
【００５５】
前方転舵角調整部１０７と、後方転舵角調整部１０８とは、ＥＣＵ１２、駆動回路２０〜２３、車輪転舵アクチュェータ５〜８、ラックストロークセンサ３１〜３４に対応し、目標転舵角と実転舵角とが一致するように制御する。
【００５６】
以下、図３のフローチャートに添って、本発明の第１実施形態の動作を説明する。
まず、ステップ３０２（以下、ステップをＳと略す）では、ステアリングホイール３の回転量に応じて操舵角センサ４から出力されるエンコーダパネル数を、ＥＣＵ１２でカウントすることによってステアリング量ＳＴを検出する。
【００５７】
ステアリングホイール３は、例えば左右にそれぞれ１８０度ずつ操舵できるように機械的に構成しておく。あるいは、ステアリング操作に対して反力を発生させるモータを備え、例えば運転者が左右１８０度を超えて操舵しようとすると、操舵しにくい向きに反力を発生するようにしてもよい。いずれにしても、ここでは右旋回の向きのステアリング量を正値にとり、ステアリング量の範囲を−１８０度〜１８０度としておく。
【００５８】
Ｓ３０３では、ＣＣＤカメラ４１から得られる画像データから画像処理装置４５でエッジ検出することにより、車両前方へ延びる道路境界或いは障害壁あるいは白線等の進入禁止領域の境界を検出し、さらに、画像処理装置４５で、この境界と車両との距離および車両との向き（ｘ軸との成す角）を算出する。
【００５９】
画像データから前処理によって白線等のエッジ検出を行ない、これを予め記憶した道路モデルに当てはめることで、カメラの姿勢変化を補正しつつ車両との距離および向きを測定する方法としては、「連続道路画像からの道路構造とカメラ姿勢の同時推定：電子情報通信学会論文誌Ｄ−２、ｖｏｌ．Ｊ７６−Ｄ−II Ｎｏ．３ｐｐ．５１４−５２３」などがあるのでここでは、詳細な適用事例および説明を省略する。
【００６０】
求められた進入禁止領域境界と車両との距離および進入禁止領域境界の向きのなかで、左右ともに最も車両に近接したものを車両との距離情報から選定し、車両左側の進入禁止領域境界に対しては、車両との距離をＤＬに格納し、車両との成す角をαＬに格納する。
【００６１】
同様に、車両右側の進入禁止領域境界に対しては、車両との距離をＤＲに格納し、車両との成す角αＲに格納する。なお、進入禁止領域境界が検出できない場合には、無効値を格納するものとする。演算の後、ＤＬ、αＬ、ＤＲ、αＲデータを、ＥＣＵ１２に転送する。
【００６２】
なおこの際、請求項７に従って、ナビゲーション装置５１の地図データを活用しても良い。即ち、ＧＰＳとジャイロセンサから車両の位置と進行している向きを検出し、同時に車両の位置する地点とその近傍のノードデータ（緯度経度情報）から車両が向かっている方向の道路およびその向きを検出し、両者の向きの差分からその角αＲ，及びαＬを用いても良い。
【００６３】
あるいは、カメラにより検出されるエッジ線のなかで、ナビゲーションシステムから得られる道路の向きと一致するもののみを有効とするといったように、両者を併用してもよい。
【００６４】
Ｓ３０６では、転舵角制限を行なう転舵角制限モードであるか否かを判定するための各条件判断の演算を行う。この演算はＥＣＵ１２で実現する。
【００６５】
転舵角制限モードの判定条件は、例えば、ステアリング量ＳＴの絶対値が１０度以上であり、Ｓ３０３により車両旋回外側の進入禁止領域境界を検出し、車両と車両旋回外側の進入禁止領域境界との距離（右旋回時にはＤＬ、左旋回時にはＤＲ）が約０．５ｍ以下となったときに、転舵角制限モードへ移行させると判定する。
【００６６】
また、車両旋回外側の進入禁止領域境界との成す角α（右旋回時にはαＬ、左旋回時にはαＲ）がほぼ０以下となったら転舵角制限モードを解除すると判定する。
【００６７】
或いは、車両後方に超音波センサを設置し、車両旋回外側の超音波センサの検出値から障害物（障害壁や他の車両）と距離を演算し、その値が所定値以下になったときに解除すると判定しても良い。或いは、ステアリング量ＳＴがほぼ０となった時点で転舵角制限モードを解除すると判定してもよい（請求項１１）。
【００６８】
更に、車両旋回外側の進入禁止領域境界との距離（右旋回時にはＤＬ、左旋回時にはＤＲ）が車両旋回内側の進入禁止領域境界との距離（右旋回時にはＤＲ、左旋回時にはＤＬ）よりも大きい時には、旋回外側の進入禁止領域境界へ車両を寄せたい意志が運転者に無いものと判断し、転舵角制限モードを解除すると判定する。なお、初期状態では転舵角制限モードは解除状態としておく。
【００６９】
特に請求項８を適用する際には、車速が所定値５ｋｍ／ｈ以下となったら転舵角制限モードへの移行を許可し、車速が８ｋｍ／ｈを超えた時には、他の条件によらず転舵角制限モードを解除するようにすれば良い。ここで車速は、車速センサ１４・１５・１６・１７のパルス間隔から求めた各輪周回速度の平均値とする。
【００７０】
請求項９を適用する際には、運転者がマニュアル操作できるモード切り替えスイッチ（例えば押しボタンＳＷ）等を制限入力手段としてを用意しておき、ボタンがＯＦＦの時には転舵角制限モードを解除するように判定する。
【００７１】
このようにすることで、車両の状況と運転者の意図に応じて、転舵角制限モードを解除させることができるようになる。モード切り替えボタンは、マイクと音声認識装置によって代用しても良い。つまり、運転者の発する特定の言葉を音声認識し、認識した場合に転舵角制限モードへの移行を許可する、或いは、転舵角制限モードを解除するようにしても良い。
【００７２】
請求項１０を適用する場合には、予め運転者がナビゲーション画面５２を操作し転舵角制限モードへの移行を許可する地点を登録しておけるようにする。その上で、ナビゲーション装置５１により、登録した地点に車両が到達したことを検出したら、転舵角制限モードへの移行を許可するようにする。ここで、車両の進行方向もモード移行条件として用いるようにしても良い。すなわち、地点に応じて、北向きに走行している時には転舵角制限モードへの移行を許可するが、南向きに走行している時には移行を許可しない、などとしても良い。
【００７３】
Ｓ３０６にて転舵角制限モードでないと判定した場合には、Ｓ３０８及びＳ３１１を実行し各輪の目標転舵角を演算し、転舵角制限モードと判定した場合には、Ｓ３０９〜Ｓ３１１を実行し各輪の目標転舵角を演算する。ここで、各輪の目標転舵角は、進行方向前左輪をＳｆｌ^＊、前右輪をＳｆｒ^＊、後左輪をＳｒｌ^＊、後右輪をＳｒｒ^＊とする。また、車両の進行方向については、自動変速機のシフトレバー位置が前進位置にある間は車両が前進しているものと判別し、後退位置にある間は車両が後退しているものと判別する。
【００７４】
以下、各輪の目標転舵角を演算する際に、まずステアリング量ＳＴに対する目標転舵中心位置（点Ｑ）を演算し、その後に目標転舵角を演算する方法を図４を参照して説明する。
【００７５】
ここで、目標転舵中心位置（点Ｑ）は、車両基準点Ｐを座標の基準点としたときの目標転舵中心半径Ｒと目標転舵中心仰角θとに対応づけることで特定できる点であるので、点Ｑを演算することは、目標転舵中心半径Ｒと目標転舵中心仰角θとの組み合わせを演算することに他ならないことを補足しておく。なお、車両上の基準点Ｐは車両上のどこにとっても同様に説明できるので、以下では基準点Ｐを車両の中心（前後のトレッド中心を結ぶ線分の２等分点）として適用例を説明する。
【００７６】
さて、転舵角制限モードでないと判定した場合にはＳ３０８に進み、目標転舵中心位置点Ｑを演算する。即ち、目標転舵中心半径Ｒと目標転舵中心仰角θとの組み合わせを演算する。目標転舵中心半径Ｒの逆数値および目標転舵中心仰角θの値は、ステアリング量ＳＴに対して図５および図６のように関連付けてＲＯＭにデータを格納されてあり、ステアリング量ＳＴに応じてそれらのデータを表引きすることで演算する。このとき、目標転舵中心は図７の破線上に実現されることになる。なお、図５および図６の対応関係は、車速に依存するデータとしておき、ステアリング量ＳＴと車速の両者に応じて表引きするようにしても良い。
【００７７】
Ｓ３１１では各輪の目標転舵角（進行方向前左輪：Ｓｆｌ^＊、前右輪：Ｓｆｒ^＊、後左輪：Ｓｒｌ^＊：後右輪：Ｓｒｒ^＊）を演算する。演算は、予め目標転舵中心半径Ｒと目標転舵中心仰角θとに対応させておいた各輪の転舵角マップ（全４セット）を表引きすることで実現する。
【００７８】
目標転舵中心半径Ｒおよび目標転舵中心仰角θと各輪の転舵角マップとの対応づけは、例えば次のようにしておけば良い。事前に、各輪転舵角（進行方向前左輪Ｓｆｌ、前右輪Ｓｆｒ、後左輪Ｓｒｌ、後右輪Ｓｒｒ）をそれぞれ調整可能な範囲で変化させた時の各輪転舵角と転舵中心（転舵中心半径値および転舵中心仰角値の組み合わせ）との関係を実験的に求めておく。
【００７９】
このとき、４輪の転舵角に対して転舵中心は一意に決まるが、逆に転舵中心を定めた時には４輪の転舵角の組み合わせは一意に決まらず、組み合わせの自由度が存在する。
【００８０】
そこで、それらの自由度の中で、図７に示すように各輪と転舵中心とを結ぶ線と各輪の向きとが直交するように各輪の転舵角を決定した場合の組み合わせに近い各輪転舵角を転舵中心に対して対応づける（ただし、転舵中心が車両より十分離れている場合、つまり、車両がほぼ直進する場合には、車両の直進安定性が十分保たれるようなトーインを実現するような組み合わせを選択し対応づける）。
【００８１】
このように対応づけることで、車両を低速で走行させるときの走行抵抗を小さくし、走行に必要なエネルギーを抑えることができる。また、各輪のタイヤの滑り角も小さくなるので、タイヤ滑り音を抑えるという効果も得られる。
【００８２】
ここで、転舵中心は、各輪転舵角だけではなく車両の速度に応じても変化するため、その影響を予め実験的に求めておき前記ＲＯＭデータとして持たせ、車速に対しても表引きするとなお良い。
【００８３】
さて、転舵角制限モードであると判定した場合にはＳ３０９に進み、目標転舵中心半径Ｒを演算する。Ｓ３０８と同じＲＯＭデータを表引きすることによって演算する。
【００８４】
Ｓ３１０では、目標転舵中心仰角θを演算する。以下図４にしたがって、車両が右旋回している場合について説明するが、左旋回についても同様に説明できる。
【００８５】
まず、Ｓ３０８と同じＲＯＭデータを表引きすることによって目標転舵中心仰角基本値θ０（本適用例では負の値）を演算する。ここで、目標転舵中心半径Ｒと目標転舵中心仰角基本値θ０に対応する転舵中心は図４の点Ｑ０であり、Ｓ３０８で演算したものと同じである。
【００８６】
次に、車両前方旋回外側の車輪の中心Ａ２を通り進入禁止領域境界に対して垂直な線、つまり、点Ａ２を通りｙ軸と角αを成す線Ｌ１と、点Ｐを中心とし半径Ｒの円弧との交点Ｑ（点Ｐより右側の交点）の転舵中心仰角値θｔｈを演算する。演算は、予め、α値と目標転舵中心半径Ｒの逆数値の両者に対応づけられた転舵中心仰角θｔｈの２次元マップＭＡＰ＿Ａ２を図４に従ってｘ２，ｙ２値等から幾何学的に求めておき、ＲＯＭ値としてデータを格納しておき、そのデータを表引きすることで実現できる。
【００８７】
そして、θｔｈ＞θ０の場合には、目標転舵中心仰角θをθ＝θｔｈとし、それ以外の時にはθ＝θ０とする。このようにして請求項５および６を実現できる。
【００８８】
請求項３を適用する場合には、点Ａ２に対する２次元マップＭＡＰ＿Ａ２と全く同様に、図８の点Ａ１に対する２次元マップＭＡＰ＿Ａ１を同様に、ｘ１，ｙ１値等を基に作成しておき、前記マップθｔｈのかわりにＭＡＰ＿Ａ１から求めた転舵中心仰角値θｔｈを演算することで実現できる。
【００８９】
請求項４を適用する際には、点Ａ２に対する２次元マップＭＡＰ＿Ａ２と全く同様に、図４の点Ａ１に対する２次元マップＭＡＰ＿Ａ１および、図４の点Ａ３に対する２次元マップＭＡＰ＿Ａ３を、ｘ１，ｙ１，ｘ３，ｙ３値等を基に同様に作成しておき、α＞αｓ（点Ａ１と点Ａ３との結んだ線とｘ軸との成す角：正値）の際にはマップＭＡＰ＿Ａ１を使用し、それ以外の時にはマップＭＡＰ＿Ａ３を使用して転舵中心仰角値θｔｈを演算することで実現できる。
【００９０】
或いは、両者を統合したマップＭＡＰ＿Ａ１３のみを用意しておき、α値と目標転舵中心半径Ｒの逆数値から表引きして求めても良い。この場合、マップＭＡＰ＿Ａ１３のデータとしては、α＞αｓの領域でマップＭＡＰ＿Ａ１の値を格納し、それ以外の領域ではマップＭＡＰ＿Ａ１３の値を格納するように作成しておけば良い。
【００９１】
なお、Ｓ３０８、Ｓ３０９〜Ｓ３１１については、より詳細には以下のように実現しても良い。
【００９２】
転舵角制限モードでない時には、ステアリング量ＳＴに対して前後輪の目標転舵角比が２：１で逆相転舵するように演算する。
【００９３】
【数１】
Sfl*＝Sfr*＝Ｋ×ST，Srl*＝Srr*＝−0.5×Ｋ×ST （Ｋは定数） …（１）
転舵角制限モードの場合には、上記Ｓｆｌ^＊およびＳｆｒ^＊の絶対値がαを超えた時のみαで制限する。
【００９４】
更に、上記演算式によるＳｆｌ^＊およびＳｆｒ^＊の絶対値がαを超えた時に超えた分に対して後輪の目標転舵角を例えば次のように補正することで実現できる。
【００９５】
【数２】
Sfl*＝Srr*＝−0.5×Ｋ×ST−0.5×（Ｋ×ST−α）：右旋回時 …（２）
Sfl*＝Srr*＝−0.5×Ｋ×ST＋0.5×（−Ｋ×ST−α）：左旋回時 …（３）
なお上記では、転舵角制限モードの場合には、進行方向左前輪Ｓｆｌの転舵角の絶対値及び進行方向右前輪Ｓｆｒの転舵角の絶対値とが、αを超えたときに転舵角がαとなるように制限するようにしたが、転舵角をα以下になるようにしても良い。
【００９６】
またＥＣＵ１２内では、別のルーチン（５ｍｓ時間同期ＪＯＢ）にて各輪の操舵角（前左輪Ｓｆｌ、前右輪Ｓｆｒ、後左輪Ｓｒｌ、後右輪Ｓｒｒ）が目標転舵角Ｓｆｌ^＊、Ｓｆｒ^＊、Ｓｒｌ^＊、Ｓｒｒ^＊、と一致するように２０・２１・２２・２３のＤＣモータ駆動回路に指令する電流指令値を演算する。
【００９７】
ここで、各ストロークセンサ検出値と各輪転舵角との関係は実験的に求めておき、その関係づけデータを予めＲＯＭに格納しておき表引きすることで、ストロークセンサ３１・３２・３３・３４の検出値から各輪転舵角検出値を演算する。電流指令値は、各輪でその転舵角検出値が目標転舵角と一致するようにフィードバック演算する。
【００９８】
フィードバック演算の方法としては、ＰＩＤ制御やスライディングモード制御やモデル規範型制御などがあるが、いずれも一般的に良く知られているものであるので、ここでは詳細の説明を割愛する。
【００９９】
なお、画像処理装置４５が捕らえている道路境界、障害壁、白線等の進入禁止領域を車体位置と共にナビゲーション画面に表示しても良い。この場合、運転者は、画像処理装置４５が認識している進入禁止領域を見て取ることができ、車両の挙動を推察することができる。
【０１００】
更に、転舵角が制限される可能性を有する転舵角制限モードである場合、小型スピーカから間欠音を鳴らし転舵角制限モードであることを操作者に知らせる。音で報知する代わりに、ナビゲーション画面に「制限制御中」などと表記しても良い。或いは、実際に転舵角が制限されている場合にのみ操作者に報知するようにしてもよい。同様に小型スピーカから連続音を鳴らし転舵角制限中であることを知らせる。あるいは、ナビゲーション画面に「制限実行中」などと表記しても良い。
【０１０１】
以上の説明では、４輪の転舵角をそれぞれ独立に調整できる機構を備える車両の場合について説明したが、前輪あるいは後輪あるいは前後輪において、左右の転舵角を独立に調整できない機構の場合でも適用できる。
【０１０２】
図８は、前後輪共に、左右の転舵角を独立に調整できない機構を備える車両に本発明を適用した第２の実施形態のシステム構成図である。
【０１０３】
図８において、前輪転舵アクチュェータ４５、後輪転舵アクチュェータ４６は、それぞれ左右輪の転舵角を同時に調整するアクチュエータであり、ＤＣモータを有しウォームギアを介してラックストロークを左右に移動させることができる。本発明をこのような機構に適用する場合は、第１の実施形態のなかで、目標転舵角演算部（図２の１０５、１０６、図３のＳ３１１）と転舵角調整部（図２の１０７、１０８）とを次のように変更すれば良い。
【０１０４】
目標転舵角演算については、目標転舵中心Ｑを実現する前後のストローク量を演算するようにすれば良い。このとき、目標値は転舵角ではなく、転舵角と対応したストローク量となるが実質的には何ら不都合はない。実験的に予め転舵中心に対する前後輪ストローク量を計測しておき、そのデータをＲＯＭに格納し、そのデータを表引きすることで前後輪の目標ストローク量（前輪ＳＴｆ^＊，ＳＴｒ^＊）を演算する。前述したように車速の影響もＲＯＭデータとして格納し、車速に対しても表引きするとなお良い。
【０１０５】
転舵角調整部１０７、１０８については、前後のストロークセンサ検出値（前輪ＳＴｆ，後輪ＳＴｒ）と前後輪の目標ストローク量（前輪ＳＴｆ^＊，ＳＴｒ^＊）とが一致するように各輪でフィードバック制御を行なう。フィードバック制御の方法としては、やはりＰＩＤ制御やスライディングモード制御やモデル規範型制御などがあるが、詳細の説明を割愛する。
【０１０６】
同様に、前輪あるいは後輪のみが、左右の転舵角を独立に調整できない機構についても同様に適用でき、前輪が運転者のステアリング操作量に応じて機械的に一意に決まり、後輪のみがステアリング操作量と独立に調整できる機構についても同様に適用できる。そのような場合にも、機構に応じて、目標転舵角演算部と転舵角調整手段を前述の変更例に従って同様に構成すれば良い。
【０１０７】
本発明を適用した際の、縦列駐車時の車両挙動例を図９に示す。図１２および図１３に示した従来例に比較して、短い車両移動距離で、Ｙ＝４のラインに近接してかつ平行に車両を寄せることができている。また、本発明を適用した車両の狭路進入時の挙動例を図１０に示す。車両進行左前の端点を狭路よりも張出させること無く、かつ狭路進入直前では狭路に対して進入しやすい向きに車両姿勢を変化させることができており、運転操作が容易であることを見て取れる。
【０１０８】
また、前輪とステアリングとが機械的に接続され、ステアリングの操作量に基づいて、前輪舵角が決定し、後輪がステアリング操作量に基づいて後輪舵角を演算するものにおいて、進入禁止領域が検出された場合に、操舵反力をステアリングへと与え、ステアリングがその操舵角以上操舵ができないようにすると共に、この操舵反力に基づいて、後輪の操舵角を大きくするようにしても、上述した実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１０９】
以上説明したように本発明によれば、車両進行前方の目標転舵角絶対値が略αを超えるように運転者がステアリングを操作した場合には、車両進行前方部がほぼ進入禁止領域の境界に沿って移動するように車両進行前方の転舵角が実現されると共に、車両進行後方の転舵角はステアリング角と関連づけられた値で例えば車両進行前方と逆相に転舵されることになる。これにより、車両進行前方が進入禁止領域から離れることなく、かつ、車両進行後方が進入禁止領域に近づくように、自動的に車両挙動を変化させることができるという第１の特長が得られる。
【０１１０】
一方、車両進行前方の目標転舵角絶対値が略αを超えないように運転者がステアリングを操作した場合には、つまり運転者が車両を進入禁止領域に寄せようとしてステアリングを操作する場合には、転舵角制限モードの制限を受けないため、車両は進入禁止領域に寄るように挙動する。従って、車両と進入禁止領域との間隔については運転者が自在に調整できるという第２の特長も備える。以上の第１、第２の特長により、本発明を適用した車両は、運転者にとって縦列駐車を容易に行なえるという効果を奏する。
【０１１１】
また、車両を狭路へ進入させる場合にも、狭路進入口左端延長上よりやや狭路内側、（例えば、図１４では、Ｙ＝５．８の線上）に車両前方外側を寄せステアリングを大きく切ると、前記第１の特長により、車両を狭路にまっすぐ進入できる向きに挙動させることができる。また、前記第２の特長と同様、狭路端点に対してどの程度余裕をもって狭路に進入するかは、運転者のステアリングを操作で調整できる。したがって、運転者は車両を容易にわき道に進入させることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る転舵装置を適用した車両の第１の実施形態を説明するシステム構成図である。
【図２】操舵装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の転舵装置の動作を説明するフローチャート図である。
【図４】前輪転舵角制限値の演算方法を説明する図である。
【図５】ステアリング量（回転角）ＳＴに対する転舵中心半径Ｒの関連付け例を説明する図である。
【図６】ステアリング量（回転角）ＳＴに対する転舵中心仰角θの関連付け例を説明する図である。
【図７】ステアリング量（回転角）ＳＴに対する転舵中心位置例を説明する図である。
【図８】第２の実施形態を説明するシステム構成図である。
【図９】本発明の操舵装置を適用した車両の縦列駐車時の挙動を説明する図である。
【図１０】本発明の操舵装置を適用した車両の狭路進入時の挙動を説明する図である。
【図１１】用語の定義を説明する図である。
【図１２】従来技術による車両の縦列駐車時の挙動を説明する図である。
【図１３】従来技術による車両の縦列駐車時の挙動を説明する図である。
【図１４】従来技術による車両の狭路進入時の挙動を説明する図である。
【符号の説明】
１前輪
２後輪
３ステアリングホイール
４操舵角センサ
５前左輪操舵アクチュエータ
６前右輪操舵アクチュエータ
７後左輪操舵アクチュエータ
８後右輪操舵アクチュエータ
１１車両
１２操舵装置
１４〜１７車速センサ
２０〜２３駆動回路
３１〜３４ラックストロークセンサ
４１ＣＣＤカメラ
４５画像処理装置
５１ナビゲーション装置
５２ナビゲーション画面

Claims

車両進行方向から車両旋回外側に向って存在する、道路境界、障害壁、白線等の進入禁止領域を検出する進入禁止領域検出手段と、
この進入禁止領域検出手段によって検出された進入禁止領域と該進入禁止領域ではない通行可能領域との境界と車両の向きとのなす角αを演算するα演算手段と、
前記α演算手段によって演算された前記境界の向きと車両の向きとのなす角αに基づいて、車両進行方向前方の前方転舵角を前記α以下の所定値に制限すると共に、車両進行方向の後方転舵角を制御する転舵角制御手段と、
を備えたことを特徴とする車両の操舵装置。
請求項１記載の車両の操舵装置において、
前記所定値はαであることを特徴とする車両の操舵装置。
請求項１または請求項２に記載の車両の操舵装置において、
前記所定値は、車両進行方向前方の旋回外側端を通り、前記進入禁止領域境界の向きと垂直をなす線上に車両の転舵中心が位置するように設定された前方転舵角の値を用いることを特徴とする車両の操舵装置。
請求項１または請求項２に記載の車両の操舵装置において、
前記所定値は、前記進入禁止領域境界に最も近接している車両の部位を通り、前記進入禁止領域境界の向きと垂直をなす線上に車両の転舵中心が位置するように設定された前方転舵角の値を用いることを特徴とする車両の操舵装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、
前記転舵角制御手段は、前方転舵角の絶対値が制限を受けている場合には、制限されて切り捨てられる量が大きいほど後方転舵角を旋回半径が小さくなる向きに制御することを特徴とする車両の操舵装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、
前記転舵角制御手段は、前方転舵角の絶対値が制限を受けている場合には、前方操舵角が制限されない場合の転舵半径と同一の転舵半径となるように後方転舵角を制御することを特徴とする車両の操舵装置。
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、
前記進入禁止領域検出手段は、ナビゲーション装置により車両の位置および姿勢を特定すると共に、ナビゲーション装置の道路情報を検索することで、車両進行前方から車両旋回外側に向かって存在する進入禁止領域境界を検出することを特徴とする車両の操舵装置。
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、
車両の走行速度を検出する車速検出手段を備え、
前記操舵角制御手段は、前記車速検出手段により検出された車速が所定車速以上である場合には、前記前方転舵角を制限しないことを特徴とする車両の操舵装置。
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、
操作者によって操作される制限入力手段を備え、
前記転舵角制御手段は、前記制限入力手段が操作され、且つ前記進入禁止領域検出手段によって進入禁止領域を検出した場合に、前記前方転舵角を前記α以下の所定値に制限すると共に、前記後方転舵角を制御することを特徴とする車両の操舵装置。
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、
車両の現在位置を検出する現在位置検出手段と、
前記現在位置検出手段によって検出された現在位置が、予め設定された地点であるかどうかを判断する設定地点判断手段と、
を備え、
前記転舵角制御手段は、前記設定地点判断手段によって、前記現在位置が予め設定されている地点であると判断された場合には、前記前方転舵角を前記α以下の所定値に制限すると共に、前記後方転舵角を制御することを特徴とする車両の操舵装置。
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、
ステアリングの操作量を検出するステアリング操作量検出手段を備え、
前記転舵角制御手段は、前記前方転舵角がα以下の所定値に制限された後、ステアリング操作量が略直進状態である場合には、前記前方転舵角を制限しないようにすることを特徴とする車両の操舵装置。
請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、
前記転舵角制御手段により前記前方転舵角がα以下の所定値に制限されていることを報知する報知手段を備えたことを特徴とする車両の操舵装置。