(57)【要約】    【課題】  路面の摩擦係数を考慮した操舵制御を行い、路面の摩擦係数に拘わらず、車両の走行軌跡を迅速に目標軌跡に一致させることができる操舵制御装置を提供する。    【解決手段】  車両の現在位置を検出し、走行軌跡が目標軌跡と一致するように、操舵輪の目標操舵角θtarを算出する（Ｓ１３〜Ｓ２０）。目標操舵角θtar、検出される現在の操舵角θp及び車速ＶＰに応じて、転舵アクチュエータ３に供給する電流値ＩＤを算出し（Ｓ２１）、転舵を行う（Ｓ２２）。転舵実行中に転舵速度ＶＳを検出し、電流値ＩＤ及び転舵速度ＶＳに応じて補正係数ＫＤを算出する。補正係数ＫＤは、路面の推定摩擦係数が大きいほど大きな値に設定され、次に電流値ＩＤを算出するときに適用される（Ｓ２１）。【選択図】  図８
2008143293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の走行軌跡を目標軌跡に一致させるように操舵輪を操舵する車両の操舵制御装置において、
前記操舵輪を電動モータを用いて転舵する転舵手段と、
前記目標軌跡と前記車両との距離、及び前記目標軌跡を基準とした前記車両の前後方向軸の傾き角を算出する位置算出手段と、
前記車両の走行方向を検出する走行方向検出手段と、
前記距離、前記傾き角、及び前記走行方向に基づいて前記操舵輪の目標操舵角を設定する目標操舵角設定手段と、
前記車両の速度を検出する速度検出手段と、
前記操舵輪の操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、
前記目標操舵角、前記車両の速度、及び前記操舵速度に基づいて、前記転舵手段に供給する制御量を決定する制御量決定手段とを有することを特徴とする車両の操舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の走行軌跡を目標軌跡に一致させるように操舵輪を制御する操舵制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、車両の操舵輪を制御して車庫入れを行う自動操舵装置が示されている。この装置によれば、記憶装置に予め記憶されている目標停車位置までの移動軌跡に基づいて、車両の移動距離に対する規範転舵角が設定され、実際の転舵角が規範転舵角と一致するように、操舵輪が制御され、車両の車庫入れが行われる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１４２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の装置においては、路面の摩擦係数を考慮していないため、摩擦係数が極端に低い場合や、高い場合には、転舵角の規範転舵角への収束が悪くなる場合があった。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、路面の摩擦係数を考慮した操舵制御を行い、路面の摩擦係数に拘わらず、車両の走行軌跡を迅速に目標軌跡に一致させることができる操舵制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、車両の走行軌跡を目標軌跡に一致させるように操舵輪を操舵する車両の操舵制御装置において、前記操舵輪（１）を電動モータを用いて制御する転舵手段（３）と、前記目標軌跡と前記車両との距離（ｒ）、及び前記目標軌跡を基準とした前記車両の前後方向軸の傾き角（α）を算出する位置算出手段と、前記車両の走行方向を検出する走行方向検出手段（６）と、前記距離（ｒ）、前記傾き角（α）、及び前記走行方向に基づいて前記操舵輪の目標操舵角（θtar）を設定する目標操舵角設定手段と、前記車両の速度（ＶＰ）を検出する速度検出手段と、前記操舵輪の操舵速度（ＶＳ）を検出する操舵速度検出手段と、前記目標操舵角（θtar）、前記車両の速度（ＶＰ）、及び前記操舵速度（ＶＳ）に基づいて、前記転舵手段に供給する制御量（ＩＤ）を決定する制御量決定手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、操舵輪の操舵速度が検出され、目標操舵角、車両の速度、及び操舵速度に基づいて、転舵手段に供給する制御量が決定される。操舵速度に基づいて転舵手段への制御量を決定することにより、操舵速度が速く、路面の摩擦係数が低いと推定される状態においては制御量を小さくする一方、操舵速度が遅く、路面の摩擦係数が大きいと推定される状態においては制御量を大きくすることにより、路面の摩擦係数に応じた適切な制御量を与えて、操舵角の目標操舵角への収束性を向上させることができる。その結果、路面の摩擦係数に拘わらず、車両の走行軌跡を目標軌跡に迅速に一致させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる車両及びその操舵制御装置の構成を示す図である。この車両は操舵輪（ステアリングホイール）１、ステアリングシャフト２、ステアリングシャフト２を回転駆動する電動モータを有する転舵アクチュエータ３、ステアリングシャフト２の回転角度（操舵角）を検出する舵角センサ４、操舵制御を行う電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５、及び図示しない内燃機関、自動変速機、アクセルペダル、ブレーキペダルなどを備えた自動車である。またＥＣＵ５には、ブレーキを作動させるブレーキアクチュエータ９が接続されている。この車両には、自動変速機のシフトレバー位置を検出するシフト位置センサ６が設けられ、また左右の後輪の近傍には、左車輪速ＶＷＬを検出する左車輪速センサ７及び右車輪速ＶＷＲを検出する右車輪速センサ８が設けられている。上記センサ４、６〜８の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。車両の走行速度ＶＰは、左車輪速ＶＷＬ及び右車輪速ＶＷＲの平均値として算出される。
【０００９】
この車両には、さらに車両の前方を画像を取得するビデオカメラ１１、レーダ１２、及びソナー１３，１４，１５，１６が設けられている。ソナー１３，１４は、前進旋回走行時に最も外側の移動軌跡をたどる、フロントバンパの所定箇所の近傍に配置され、ソナー１５，１６は、前進旋回走行時に最も外側の移動軌跡をたどる、リアバンパの所定箇所の近傍に配置されている。
【００１０】
ＥＣＵ５は、入力回路、出力回路、ＣＰＵ、記憶回路などを備え、上記センサ、ビデオカメラ１１、レーダ１２、及びソナー１３〜１６から供給される信号に基づいて、車両の周囲の状況を認識し、転舵アクチュエータ３を介して操舵輪１による操舵制御を行う。
【００１１】
次に、車両の目標軌跡が直線の場合の操舵制御（以下「直線制御」という）、及び半径Ｒの円弧である場合の操舵制御（以下「旋回制御」という）を説明する。
【００１２】
図２は、直線制御を説明するための図であり、車両の速度ベクトルＶv、目標軌跡ベクトルＴv、及び車両の現在位置Ｐと目標軌跡ベクトルとの距離に相当する距離ベクトルｒvが示されている。車両の位置は、２つの後輪の中心位置で代表するものとする。距離ベクトルｒvは、目標軌跡ベクトルＴと直交し、車両位置Ｐに向かうベクトルである。
【００１３】
車両の走行軌跡を目標軌跡に一致させるためには、距離ベクトルｒv及び速度ベクトルＶvと目標軌跡ベクトルＴvとのベクトル積（Ｖv×Ｔv）の絶対値の和（｜ｒv｜＋｜Ｖv×Ｔv｜）が最小（＝０）となるように、下記式（１）により操舵輪１の目標操舵角θtarを決定すればよい。
θtar＝Ａ・ｒ＋Ｂ・α                        （１）
【００１４】
ここで、ｒは距離ベクトルｒvの絶対値に正負の符号を付したもの（以下単に「距離」という）、αは目標軌跡ベクトルＴvと速度ベクトルＶvとの相対角度であり、図２に示すように、目標軌跡ベクトルＴvに平行な直線ＬＴＰに対する速度ベクトルＶvの角度である（以下「傾き角」という）。また、Ａ及びＢは、シフト位置（前進か後進か）及び車速ＶＰに応じて設定される係数であり、以下Ａを距離係数といい、Ｂを角度係数という。
【００１５】
式（１）においては、傾き角αは図に矢印で示す方向を正とし、目標操舵角θtarは、直進状態に相当する角度を「０」とし、左旋回に対応する角度を正としている。距離ｒは、目標軌跡が車両の左側にあるとき正の値をとり、右側にあるとき負の値をとる。
【００１６】
図３は、車両の走行軌跡を、直線状の目標軌跡ＬＴに一致させていく過程を時系列で示したものである（時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ４）。目標軌跡ＬＴはｘ＝ｘtarの直線であり、車両位置Ｐの座標を（ｘ，ｙ）とすると、距離ｒは下記式（２）で示される。
ｒ＝ｘ−ｘtar                                （２）
【００１７】
目標操舵角θtarは上記式（１）で与えられ、例えば−５２０度から５２０度の範囲の値をとる。式（１）の距離係数Ａは、車速ＶＰＭ（前進するとき正の値をとり、後進するとき負の値をとる符号付きの車速）に応じて図４（ａ）に示すように設定することが望ましく、角度係数Ｂは、車速ＶＰＭに応じて図４（ｂ）に示すように設定することが望ましい。すなわち、距離係数Ａは、正の値を取り、車速ＶＰＭの絶対値が増加するほど減少するように設定される。角度係数Ｂは、車両が前進するとき正の値をとり、後進するとき負の値をとり、角度係数Ｂの絶対値は、車速ＶＰＭの絶対値が増加するほど減少するように設定される。
【００１８】
図５は、車両の後進時において、走行軌跡を直線状の目標軌跡ＬＴに一致させるように、式（１）により算出される目標操舵角θtarを用いて操舵した例を示す。このように、式（１）を用いることにより、車両の走行軌跡を目標軌跡ＬＴに一致させることができる。
【００１９】
図６は、目標軌跡が旋回円ＣＲＬである旋回制御を説明するための図である。このような旋回走行は、例えば図６に示す境界線１０１，１０２で区画された駐車スペースに車両を駐車させる際に必要となる。ここで、旋回円ＣＲＬの中心座標を（ｃxr，ｃyr）、旋回円ＣＲＬの半径をＲ、車両位置Ｐから旋回円ＣＲＬまでの距離をＲdiffとすると、目標操舵角θtarは、下記式（３）で与えられる。
θtar＝Ａ・Ｒdiff＋Ｂ・α＋ＴＡ０                （３）
【００２０】
ここで、ＴＡ０は半径Ｒで旋回走行するために必要な基本転舵角であり、下記式（４）で与えられる。
【数１】
2008143293.tif 000003
ここで、ＬＢは後輪のトレッド、ＬＷＢはホイールベース、Ｃは所定値に設定される係数である。
【００２１】
また距離Ｒdiffは、正負の符号付きのパラメータであり、接線ＬＴＮが車両の左側にあるとき正の値をとり、右側にあるとき負の値をとる。距離Ｒdiffの絶対値は下記式（５）により算出され、傾き角αは下記式（６）、（７）により算出される。
【数２】
2008143293.tif 000004
ここで、θはｙ軸に対する車両の傾き角、θ’はｙ軸に対する接線ＬＴＮの傾き角であり、傾き角θは、次に説明する逐次演算により算出される。接線ＬＴＮは、車両位置Ｐと旋回円ＣＲＬの中心（ｃxr，ｃyr）とを結ぶ直線と旋回円ＣＲＬとの交点における接線である。
【００２２】
次に図７を参照して、時刻ｔ０における車両の初期位置Ｐ０（ｘ０，ｙ０）及び初期傾き角α０から、時間ΔＴ経過後の時刻ｔ１における車両位置Ｐ１（ｘ１，ｙ１）及び傾き角α１を算出する手法（逐次演算法）を説明する。
【００２３】
時間ΔＴにおける傾き角変化量ｄα［ｄｅｇ］は、下記式（８）で与えられる。式（８）のｄＬＲ及びｄＬＬは、それぞれ右後輪移動距離及び左後輪移動距離であり、右車輪速ＶＷＲ及び左車輪速ＶＷＬに時間ΔＴを乗算することにより得られる。
【数３】
2008143293.tif 000005
したがって、傾き角α１は下記式（９）で与えられる。
α１＝α０＋ｄα                                          （９）
【００２４】
傾き角α１を用いると、ｘ座標変化量ｄｘ及びｙ座標変化量ｄｙは、それぞれ式（１０）及び（１１）により算出される。
ｄｘ＝０．５・（ｄＬＲ＋ｄＬＬ）・（−ｓｉｎα１）        （１０）
ｄｙ＝０．５・（ｄＬＲ＋ｄＬＬ）・ｃｏｓα１              （１１）
【００２５】
よって、時刻ｔ１における車両位置Ｐ１の座標は、下記式（１２）及び（１３）により算出される。
ｘ１＝ｘ０＋ｄｘ                                          （１２）
ｙ１＝ｙ０＋ｄｙ                                          （１３）
【００２６】
したがって、初期位置Ｐ０（ｘ０，ｙ０）及び初期傾き角α０を検出することにより、以後の車両位置Ｐ及び傾き角αを逐次算出することができる。
【００２７】
図８は上述した演算手法を用いた操舵制御の手順を示すフローチャートである。この操舵制御は、ＥＣＵ５のＣＰＵにより実行される。
ステップＳ１１では、ビデオカメラ１１により得られる画像、レーダ１２及びソナー１３〜１６による検出結果に基づいて、目標軌跡を算出する。例えば、車両を図６に示すように道路の左側にある駐車スペースに駐車させる場合には、道路と平行な直線（ｘ＝ｘtar）を目標軌跡として設定され、次いで図６に示すような旋回円ＣＲＬを目標軌跡として設定される。
【００２８】
ステップＳ１２では、ビデオカメラ１１により得られる画像、レーダ１２及びソナー１３〜１６による検出結果に基づいて、車両の初期位置Ｐ０及び初期傾き角α０を算出する。このとき座標軸は例えば図６に示すように設定する。すなわち、駐車スペースがある側の道路端をｙ軸とし、駐車スペースの道路端に接する部分の中点を通り、ｙ軸と垂直な軸をｘ軸とする。なお、ステップＳ２３を実行してステップＳ１２に戻ったときは、上述した逐次算出法により、車両の現在位置Ｐ及び傾き角αを算出する。
【００２９】
ステップＳ１３では目標軌跡が直線が否かを判別し、直線であるときは、目標軌跡との距離ｒ及び傾き角αを算出する（ステップＳ１４）。ステップＳ１５では、シフト位置ＰＳ（前進か後進か）及び車速ＶＰ（＞０）に応じて、図４に示す関係を用いて距離係数Ａ及び角度係数Ｂを算出する。
【００３０】
ステップＳ１６では、式（１）にステップＳ１４及びＳ１５で算出した距離ｒ、傾き角α、及び係数Ａ，Ｂを適用し、目標操舵角θtarを算出する。
ステップＳ２１では、目標操舵角θtar、検出操舵角θp、及び車速ＶＰに応じて、転舵アクチュエータ３に供給する電流値ＩＤを算出する。具体的には、車速ＶＰに応じて図９（ａ）に示すＫＶテーブルを検索し、制御ゲインＫＶを算出する。次いで、下記式（１４）により、電流値ＩＤを算出する。
ＩＤ＝ＫＶ×ＫＤ×（θtar−θp）                        （１４）
ここでＫＤは、後述するステップＳ２３で算出される補正係数であり、初期値は「１．０」に設定されている。
【００３１】
ステップＳ２２では、ステップＳ２１で算出した電流値ＩＤの電流を転舵アクチュエータ３に供給し、転舵を行う。このとき、操舵速度ＶＳ［ｄｅｇ／ｓｅｃ］を計測する。ステップＳ２３では、電流値ＩＤの絶対値及び操舵速度ＶＳの絶対値に応じて、図９（ｂ）に示すＫＤマップを検索し、補正係数ＫＤを算出する。
【００３２】
図９（ｂ）に示す曲線ＬＲＥＦは路面の摩擦係数が平均的な値である場合における｜ＩＤ｜と｜ＶＳ｜の関係を示し、この曲線ＬＲＥＦより上側は摩擦係数が低い路面に対応し、下側は摩擦係数が高い路面に対応する。したがって、補正係数ＫＤは、図の矢印の向きに増加するように設定されている。すなわち、｜ＩＤ｜及び｜ＶＳ｜に応じて定義される６つ領域に対応して、係数値ＫＤ１〜ＫＤ６が設定されており、ＫＤ１＜ＫＤ２＜ＫＤ３＜ＫＤ４＜ＫＤ５＜ＫＤ６なる関係が成立する。係数値ＫＤ４は、「１．０」である。これにより路面の摩擦係数が低いと推定される状態においては補正制御ゲイン（ＫＶ×ＫＤ）が小さくなる一方、路面の摩擦係数が大きいと推定される状態においては補正制御ゲイン（ＫＶ×ＫＤ）が大きくなる。
ステップＳ２３実行後は、ステップＳ１２に戻る。
【００３３】
ステップＳ１３の答が否定（ＮＯ）、すなわち目標軌跡が円弧状である場合には、目標軌跡である旋回円との距離Ｒdiff及び接線に対する傾き角αを算出する（ステップＳ１７）。ステップＳ１８では、ステップＳ１５と同様にして距離係数Ａ及び角度係数Ｂを算出する。ステップＳ１９では、旋回半径Ｒに応じて式（４）により、基本転舵角ＴＡ０を算出する。ステップＳ２０では、式（３）により、目標操舵角θtarを算出する。その後、前記ステップＳ２１に進む。
【００３４】
以上のように本実施形態では、転舵実行時における操舵速度ＶＳ及び転舵アクチュエータ３の駆動電流値ＩＤに応じて、補正係数ＫＤを算出し、実際の操舵角θpを目標操舵角θtarに一致させるフィードバック制御の制御ゲインＫＶを補正係数ＫＤにより補正するようにした。補正係数ＫＤは、路面の摩擦係数に応じた値に設定されるので、操舵角θpの目標操舵角θtarへの収束性を向上させ、路面の摩擦係数に拘わらず、車両の走行軌跡を迅速に目標軌跡に一致させることができる。
【００３５】
本実施形態では、転舵アクチュエータ３が転舵手段に相当し、シフト位置センサ６が走行方向検出手段に相当し、左車輪速センサ７及び右車輪速センサ８が速度検出手段に相当し、操舵角センサ４が操舵速度検出手段の一部を構成する。また、ＥＣＵ５が、位置算出手段、目標操舵角設定手段、操舵速度検出手段の一部、及び制御量決定手段を構成する。より具体的には、図８のステップＳ１２が位置算出手段に相当し、ステップＳ１３〜Ｓ１６及びＳ１７〜Ｓ２０が目標操舵角設定手段に相当し、ステップＳ２２が操舵速度検出手段の一部に相当し、ステップＳ２１及びＳ２３が制御量決定手段に相当する。
【００３６】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、初期位置Ｐ０及び初期傾き角α０をビデオカメラ１１などにより得られるデータから算出するようにしたが、精度が得られない場合には、初期位置Ｐ０及び初期傾き角α０のデータを運転者が入力するか、あるいは予め初期位置Ｐ０及び初期傾き角α０を決めておき、運転者が車両をその状態となるように操作するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる車両及びその操舵制御装置の構成を示す図である。
【図２】目標操舵角（θtar）の算出手法を説明するための図である。
【図３】直線の目標軌跡（ＬＴ）に車両の走行軌跡を一致させる過程を示す図である。
【図４】目標操舵角の算出に用いる係数（Ａ，Ｂ）を算出するためのテーブルを示す図である。
【図５】直線の目標軌跡（破線）に車両の走行軌跡を一致させる制御を行ったときの実際の走行軌跡（実線）を示す図である。
【図６】円弧状の目標軌跡に車両の走行軌跡を一致させる制御を説明するための図である。
【図７】車両位置及び傾き角の逐次算出手法を説明するための図である。
【図８】操舵制御の手順を示すフローチャートである。
【図９】図８の処理で参照されるテーブル及びマップを示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  操舵輪
３  転舵アクチュエータ（転舵手段）
４  操舵角センサ（操舵速度検出手段）
５  電子制御ユニット（位置算出手段、目標操舵角設定手段、操舵速度検出手段、制御量決定手段
６  シフト位置センサ（走行方向検出手段）
７  左車輪速センサ（速度検出手段）
８  右車輪速センサ（速度検出手段）
【図１】
2008143293.tif 000006
【図２】
2008143293.tif 000007
【図３】
2008143293.tif 000008
【図４】
2008143293.tif 000009
【図５】
2008143293.tif 000010
【図６】
2008143293.tif 000011
【図７】
2008143293.tif 000012
【図８】
2008143293.tif 000013
【図９】
2008143293.tif 000014