(57)【要約】【課題】コーナリング時に車両の搭乗者に違和感を与えることなく快適な乗り心地を提供できる自動操舵システムを提供する。【解決手段】軌道１０１において車両１００が現時点から直進したと仮定した場合に、その直進方向に対して、直進方向前方に存在する軌道縁に沿う目標進行方向がなすヨー方向必要変化角度θを求める。車両１００が現時点から直進したと仮定した場合に、ヨー方向必要変化角度θを、直進方向前方に存在する軌道縁に到達するまでの到達時間で除した値に対応する目標ヨーレートを求める。車両１００の目標ヨーレートと実ヨーレートとの偏差が低減するように、車両１００の舵角を変化させる操舵用アクチュエータを制御し、軌道１０１に沿い車両１００を走行させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道に沿い車両が走行するように、車両の舵角を変化させる操舵用アクチュエータを制御する自動操舵システムにおいて、
前記車両が現時点から直進したと仮定した場合に、直進方向前方に存在する軌道縁に到達するまでの到達時間を求める手段と、
前記車両が現時点から直進したと仮定した場合に、その直進方向に対して、直進方向前方に存在する軌道縁に沿う目標進行方向がなすヨー方向必要変化角度を求める手段と、
求めたヨー方向必要変化角度を前記到達時間で除した値に対応する目標ヨーレートを求める手段と、
前記車両の実ヨーレートを求める手段と、
求めた目標ヨーレートと求めた実ヨーレートとの偏差が低減するように前記操舵用アクチュエータを制御する手段とを備えることを特徴とする自動操舵システム。
【請求項２】
前記目標ヨーレートと求めた実ヨーレートとの偏差を低減するための操舵用アクチュエータの制御周期を、前記到達時間が長い程に長くする請求項１に記載の自動操舵システム。
【請求項３】
前記車両の車速を変化させる車速変更機構と、
前記目標ヨーレートと目標車速との間の、目標ヨーレートが増大すれば目標車速が減少するように設定された対応関係を記憶する手段と、
求めた目標ヨーレートに対応する前記目標車速を求めた車速が超える時、前記目標車速と求めた車速との偏差が減少するように前記車速変更機構を制御する手段とを備える請求項１または２に記載の自動操舵システム。
【請求項４】
前記軌道におけるコーナーはヨー方向必要変化角度が９０度未満になるように設定され、
前記コーナーにおける少なくとも軌道外縁に沿い設定間隔をおいて設けられる反射部材と、
前記車両から出射される測定波の前記反射部材における反射波を受けることで、前記車両から前記反射部材までの距離を測定する車載測距装置とを備え、
前記車載測距装置は、車両の直進方向前方と、直進方向前方に対して予め設定された角度をなす複数の方向とに反射波を出射するものとされ、
車両の直進方向前方に対する測定波の出射角度と相隣接する前記反射部材相互の間隔は、測距装置が複数の反射部材における反射波を受けることができるように設定され、
車両が直進したと仮定した場合に直進方向前方に存在する軌道縁に到達するまでの走行距離をＸａ、車両の直進方向前方以外へ出射される測定波の反射部材における反射波を受けることで求められる車両から軌道縁までの距離の中の最大距離をＸｂ、その最大距離Ｘｂを求めた時の車両の直進方向前方に対する測定波の出射角度をαとして、次式により角度βを演算し、
β＝ｔａｎ−１〔Ｘａ・ｓｉｎα／｛Ｘｂ・（１−ｃｏｓα）｝〕
その測定波の出射角度αと求めた角度βとの合計として前記ヨー方向必要変化角度を求める請求項１〜３の中の何れかに記載の自動操舵システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軌道に沿い車両が走行するように、車両の舵角を変化させる操舵用アクチュエータを制御する自動操舵システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動操舵システムにおいては、軌道に沿い車両を走行させるため、軌道におけるセンターラインやガードレール等を目標軌道としてセンサやカメラ等により検知し、その目標軌道と実際の軌道との車両横方向における位置ずれを低減するように操舵用アクチュエータを制御している。
【０００３】
また、車両の目標軌道の接線方向と車両前後方向とがなすヨー角が零になるように後輪舵角を制御することで、前輪を操舵するドライバーの負担を軽減する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２９７５２２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常の人間は車両横方向における位置ずれを低減するような操舵を行うことはない。そのため、目標軌道と実際の軌道との車両横方向における位置ずれを低減するように操舵用アクチュエータを制御した場合、コーナリング時に車両の搭乗者は違和感を覚える。
【０００６】
車両の目標軌道の接線方向と車両前後方向とがなすヨー角が零になるように舵角を制御する上記従来においては、その目標軌道の接線方向を、車両から進行方向前方に一定の短い距離だけ離れた位置において求めている。そのため、車両の搭乗者が進行方向前方にコーナーの存在を認識しても、車両がコーナーの直前に到るまで操舵は行われず、また、車両の進行方向前方のコーナーまでの距離とは無関係に操舵が行われる。しかし、一般的な人間はコーナーを認識した場合、コーナーの縁のガードレールや縁石等に車両が衝突しないような円滑な操舵を行うため、その従来技術による操舵は一般的な人間による操舵とは異なる。そのため、その従来技術を自動操舵システムに適用した場合、やはりコーナリング時に車両の搭乗者に違和感を与えてしまう。
本発明は上記問題を解決することのできる自動操舵システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、軌道に沿い車両が走行するように、車両の舵角を変化させる操舵用アクチュエータを制御する自動操舵システムにおいて、前記車両が現時点から直進したと仮定した場合に、直進方向前方に存在する軌道縁に到達するまでの到達時間を求める手段と、前記車両が現時点から直進したと仮定した場合に、その直進方向に対して、直進方向前方に存在する軌道縁に沿う目標進行方向がなすヨー方向必要変化角度を求める手段と、求めたヨー方向必要変化角度を前記到達時間で除した値に対応する目標ヨーレートを求める手段と、前記車両の実ヨーレートを求める手段と、求めた目標ヨーレートと求めた実ヨーレートとの偏差が低減するように前記操舵用アクチュエータを制御する手段とを備えることを特徴とする。これにより、車両から直進方向前方における軌道縁までの距離が長い時は、その軌道縁に到達するまでの到達時間が長くなり、その距離が短い時はその到達時間が短くなる。よって、コーナーにおけるヨー方向必要変化角度が同一であれば、車両から直進方向前方における軌道縁までの距離が長い程に目標ヨーレートは小さくなり、人間による操舵時と同様に舵角を変化させることができる。
【０００８】
前記目標ヨーレートと求めた実ヨーレートとの偏差を低減するための操舵用アクチュエータの制御周期を、前記到達時間が長い程に長くするのが好ましい。
これにより、車両から直進方向前方における軌道縁までの距離が長い時は、操舵用アクチュエータの制御頻度を少なくし、舵角が小刻みに変化するのを防止し、車両の乗り心地を快適なものにできる。
【０００９】
前記車両の車速を変化させる車速変更機構と、前記目標ヨーレートと目標車速との間の、目標ヨーレートが増大すれば目標車速が減少するように設定された対応関係を記憶する手段と、求めた目標ヨーレートに対応する前記目標車速を求めた車速が超える時、前記目標車速と求めた車速との偏差が減少するように前記車速変更機構を制御する手段とを備えるのが好ましい。
これにより、車両から直進方向前方における軌道縁までの距離が短い時は車速を減少させ、上記到達時間を長くすることで目標ヨーレートが減少し急激な舵角変化を防止することで車両の乗り心地が低下するのを防止できる。
【００１０】
前記軌道におけるコーナーはヨー方向必要変化角度が９０度未満になるように設定され、前記コーナーにおける少なくとも軌道外縁に沿い設定間隔をおいて設けられる反射部材と、前記車両から出射される測定波の前記反射部材における反射波を受けることで、前記車両から前記反射部材までの距離を測定する車載測距装置とを備え、前記車載測距装置は、車両の直進方向前方と、直進方向前方に対して予め設定された角度をなす複数の方向とに反射波を出射するものとされ、車両の直進方向前方に対する測定波の出射角度と相隣接する前記反射部材相互の間隔は、測距装置が複数の反射部材における反射波を受けることができるように設定され、車両が直進したと仮定した場合に直進方向前方に存在する軌道縁に到達するまでの走行距離をＸａ、車両の直進方向前方以外へ出射される測定波の反射部材における反射波を受けることで求められる車両から軌道縁までの距離の中の最大距離をＸｂ、その最大距離Ｘｂを求めた時の車両の直進方向前方に対する測定波の出射角度をαとして、次式により角度βを演算し、
β＝ｔａｎ−１〔Ｘａ・ｓｉｎα／｛Ｘｂ・（１−ｃｏｓα）｝〕
その測定波の出射角度αと求めた角度βとの合計として前記ヨー方向必要変化角度を求めるのが好ましい。
これにより、簡単な構成でヨー方向必要変化角度を求めることができる。
【００１１】
本発明においては、前記車両の車速を求める手段と、前記車両の現時点の直進方向に対して、直進方向前方に存在する軌道縁までの距離を求める手段とを備え、その求めた距離を求めた車速により除した値として前記到達時間を求めるのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態の自動操舵システムにより軌道に沿い走行させられる車両１００を示し、ステアリングホイール１に連結されるステアリングシャフト２に、ユニバーサルジョイント３を介して接続されるピニオン４に噛み合うラック５を備え、ラック５の各端に前部車輪６ｆがリンクを介して接続される。ステアリングシャフト２の外周に設けられたベベルギヤ７に噛み合うベベルギヤ８が、電動モータにより構成される操舵用アクチュエータ９に接続される。操舵用アクチュエータ９によりベベルギヤ８が駆動されることで、ピニオン４が回転し、ラック５が軸線方向に移動し、車輪６ｆのトー角が変化し、車両１００の舵角が変化する。すなわち操舵用アクチュエータ９により車両１００の舵角を変化させることができる。なお、自動操舵システムの作動を解除した場合、ステアリングホイール１をドライバーが操作することで舵角を変化させることが可能とされている。
【００１３】
車両１００の車速を変化させる車速変更機構として、車両の前後車輪６ｆ、６ｒの制動機構が設けられている。その制動機構は、ブレーキペダル５１の踏力に応じた各車輪６ｆ、６ｒの制動圧をマスターシリンダ５２により発生させる。その制動圧は、制動圧制御ユニット５０により増幅されると共に各車輪６ｆ、６ｒのブレーキ装置５４のホイルシリンダ圧として分配され、各ブレーキ装置５４が各車輪６ｆ、６ｒに制動力を作用させる。
【００１４】
操舵用アクチュエータ９と制動圧制御ユニット５０はコンピュータにより構成される制御装置２０に接続される。制御装置２０に、車両１００の車速Ｖを求める車速センサ１２、車両１００の実ヨーレートγを求めるヨーレートセンサ１６、車両１００の現時点の位置から軌道縁までの距離を求める車載測距装置１７が接続される。
【００１５】
図２に示すように、車両１００の軌道１０１における軌道縁１０１ａに沿い、設定間隔をおいて反射部材１０２が設けられる。なお、反射部材１０２は軌道１０１のコーナーにおける少なくとも軌道外縁に沿い設けられていればよいが、軌道縁すべてに沿って設けるようにしてもよい。車載測距装置１７は、本実施形態ではレーザー変位計により構成され、測定波として図中一点鎖線で示すようにレーザー１０３を車両１００の直進方向前方と、直進方向前方に対して予め設定された角度をなす複数の方向とに順次設定時間間隔で出射し、各測定波の反射部材１０２における反射波を受けることで、車両１００から各反射部材１０２までの距離、すなわち軌道縁までの距離を求める。車両１００の直進方向前方に測定波を出射する場合の出射角度を零度、前方よりも右方に出射する場合の出射角度を正、前方よりも左方に出射する場合の出射角度を負として、出射角度は例えば±数１０度の範囲に設定される。その出射角度と相隣接する反射部材１０２相互の間隔は、測距装置１７が複数の反射部材１０２における反射波を受けることができるように設定される。
【００１６】
制御装置２０は、車両１００が現時点から直進したと仮定した場合に、直進方向前方に存在する軌道縁に到達するまでの到達時間ｔを求める。本実施形態では、車両１００が現時点から直進したと仮定した場合に、車両１００が直進方向前方に存在する軌道縁に到達するまでの走行距離Ｘａを測距装置１７により求め、その求めた距離Ｘａを車速センサ１２により求めた車速Ｖにより除した値を到達時間ｔとする。
【００１７】
制御装置２０は、車両１００が現時点から直進したと仮定した場合に、その直進方向に対して、直進方向前方に存在する軌道縁に沿う目標進行方向がなすヨー方向必要変化角度を求める。本実施形態では、車両１００が直進したと仮定した場合に直進方向前方に存在する軌道縁に到達するまでの走行距離Ｘａを、車両１００の直進方向前方に出射される測定波の反射部材１０２における反射波を受けることで求める。また、車両１００の直進方向前方以外へ出射される測定波の反射部材１０２における反射波を受けることで求められる車両１００から軌道縁までの距離の中の最大距離Ｘｂを求める。その最大距離Ｘｂを求めた時の車両１００の直進方向前方に対する測定波の出射角度をαとして、次式（１）により角度βを演算する。
β＝ｔａｎ−１〔Ｘａ・ｓｉｎα／｛Ｘｂ・（１−ｃｏｓα）｝〕…（１）
その測定波の出射角度αと求めた角度βとの合計としてヨー方向必要変化角度θを求める。そのヨー方向必要変化角度θは、距離Ｘａを求めるための反射部材１０２と距離Ｘｂを求めるための反射部材１０２とを結ぶ線分１０５と車両１００の直進方向とがなす角に相当する。その線分１０５は、車両１００の直進方向に沿う線分と、車両１００の直進方向前方に存在する軌道縁との交点における接線に略一致する。よって、その線分１０５に沿う方向を軌道縁に沿う目標進行方向として簡単な構成でヨー方向必要変化角度θを求めることができる。この場合、軌道１０１におけるコーナーはヨー方向必要変化角度θが９０度未満になるように設定される。
【００１８】
制御装置２０は、求めたヨー方向必要変化角度θを上記到達時間ｔで除した値θ／ｔに対応する値として目標ヨーレートγ＊  を求める。すなわち制御装置２０はγ＊  とθ、ｔとの関係γ＊  ＝θ／ｔを記憶し、その関係と求めたθ、ｔからγ＊  を求める。なお、γ＊  はθ／ｔに対応していればよく、例えばｋａを係数としてγ＊  ＝ｋａ・θ／ｔとし、ｋａを実際の制御時における操舵用アクチュエータ９の応答特性等に応じて調節できるようにしてもよい。
【００１９】
制御装置２０は、求めた目標ヨーレートγ＊  とヨーレートセンサ１６により求めた実ヨーレートγとの偏差が低減するように操舵用アクチュエータ９を制御する。その制御は、例えば図３のブロック線図に示すように、目標ヨーレートγ＊  と実ヨーレートγとの偏差に対する操舵用アクチュエータ９の目標駆動電流ｉ＊  の伝達関数をＧａとして、目標駆動電流ｉ＊  をｉ＊  ＝Ｇａ・（γ＊  −γ）により求める。ここで、伝達関数ＧａはＰＩ（比例積分）制御がなされるように設定される。その目標駆動電流ｉ＊  が操舵用アクチュエータ９に印加されることで、軌道１０１に沿い車両１００が走行するように操舵用アクチュエータ９が制御され、舵角δが変化する。
【００２０】
制御装置２０は、目標ヨーレートγ＊  と実ヨーレートγとの偏差を低減するための操舵用アクチュエータ９の制御周期を、到達時間ｔが長い程に長くする。図４は、操舵用アクチュエータ９の制御に必要な各センサ１２、１６と測距装置１７による検出値を制御装置２０に取り込むサンプリングレートＲ（Ｈｚ）と到達時間ｔとの関係の一例を示し、この関係が制御装置２０に記憶され、到達時間ｔが長い程に目標ヨーレートγ＊  を求める時間間隔が大きくされ、操舵用アクチュエータ９の制御周期が長くされる。
【００２１】
制御装置２０は、目標ヨーレートγ＊  と目標車速Ｖ＊  との間の予め設定された対応関係を記憶する。その対応関係は、目標ヨーレートγ＊  が増大すれば目標車速Ｖ＊  が減少するように設定され、例えば図５に示す関係が制御装置２０に記憶される。制御装置２０は、その記憶した対応関係に基づき、求めた車速Ｖが求めた目標ヨーレートγ＊  に対応する目標車速Ｖ＊  を超えるか否かを判断する。その求めた車速Ｖが目標車速Ｖ＊  を超える時、目標車速Ｖ＊  と求めた車速Ｖとの偏差が減少するように制動機構により構成される車速変更機構を制御し、制動圧制御ユニット５０に制動圧を発生させる。制動圧制御ユニット５０は、ブレーキペダル５１の操作がなされていない場合でも、制御装置２０からの信号に対応する制動圧を内蔵ポンプにより発生することが可能とされている。例えば、目標車速Ｖ＊  と車速Ｖとの偏差に対する制動圧制御ユニット５０の内蔵ポンプの作動用モータの目標駆動電流ｉｐ＊  の伝達関数をＧｂとして、目標駆動電流ｉｐ＊  をｉｐ＊  ＝Ｇｂ・（Ｖ＊  −Ｖ）により求める。ここで、伝達関数ＧｂはＰＩ制御がなされるように設定される。
【００２２】
図６のフローチャートは制御装置２０による操舵用アクチュエータ９の制御手順を示す。まず、各センサ１２、１６および測距装置１７の検出値を読み込む（ステップＳ１）。その検出値のサンプリングレートＲは制御開始当初は予め設定された初期値とされる。次に、測距装置１７が受けている反射波の有無を判断し（ステップＳ２）、反射波がなければ車両１００が直進するように操舵用アクチュエータ９を制御する（ステップＳ３）。ステップＳ２において反射波があれば、測距装置１７により求めた車両１００が直進方向前方に存在する軌道縁に到達するまでの走行距離Ｘａを、車速センサ１２により求めた車速Ｖにより除することで到達時間ｔを求める（ステップＳ４）。車両１００の直進方向前方以外へ測定波を出射することで求められる車両１００から軌道縁までの距離の中の最大距離Ｘｂを求め（ステップＳ５）、上記式（１）により角度βを演算し（ステップＳ６）、その最大距離Ｘｂを求めた時の車両１００の直進方向前方に対する測定波の出射角度αと求めた角度βとの合計によりヨー方向必要変化角度θを求める（ステップＳ７）。次に、求めたヨー方向必要変化角度θを到達時間ｔで除した値θ／ｔを目標ヨーレートγ＊  として求める（ステップＳ８）。求めた目標ヨーレートγ＊  とヨーレートセンサ１６により求めた実ヨーレートγとの偏差が低減するように操舵用アクチュエータ９をＰＩ制御する（ステップＳ９）。次に、車速センサ１２により求めた車速Ｖが、求めた目標ヨーレートγ＊  に対応する目標車速Ｖ＊  を超えるか否かを判断する（ステップＳ１０）。求めた車速Ｖが目標車速Ｖ＊  を超える時、制動圧制御ユニット５０に制動圧を発生させるように制動機構を制御する（ステップＳ１１）。次に、到達時間ｔに対応する各センサ１２、１６と測距装置１７による検出値のサンプリングレートＲを、ステップＳ４で求めた到達時間ｔと、記憶したサンプリングレートＲと到達時間ｔの関係に基づき求めて更新する（ステップＳ１２）。ステップＳ１０において求めた車速Ｖが目標車速Ｖ＊  以下である時はステップＳ１２に進む。ステップＳ３において車両１００が直進するように操舵用アクチュエータ９を制御した後もステップＳ１２に進む。次に制御を終了するか否かを例えばイグニッションスイッチがオフか否かにより判断し（ステップＳ１３）、終了しない場合はステップＳ１に戻る。
【００２３】
図７は、本発明を適用した車両１００の軌道１０１における走行シミュレーションにより求めた走行軌跡の一例を直交座標により表したもので、縦軸と横軸は一定位置からの距離（ｍ）を示す。車両１００の直進方向前方１００ｍ以内に軌道縁が存在すればヨーレートが変化するように操舵用アクチュエータ９を制御するものとし、操舵用アクチュエータ９の制御に必要な検出値のサンプリングレートＲは２．０Ｈｚとし、車速Ｖは５０ｋｍ／ｈとし、目標ヨーレートγ＊  と実ヨーレートγとの偏差が低減するように操舵用アクチュエータ９をＰＩ制御する際の比例ゲインは１０、積分ゲインは５０としてシミュレーションを行った。図７において曲線Ｌで示す車両１００の軌跡を軌道１０１から外れることなく描くことができた。
【００２４】
上記実施形態によれば、車両１００から直進方向前方における軌道縁までの距離Ｘａが長い時は、その軌道縁に到達するまでの到達時間ｔが長くなり、その距離Ｘａが短い時はその到達時間ｔが短くなる。よって、コーナーにおけるヨー方向必要変化角度θが同一であれば、車両１００から直進方向前方における軌道縁までの距離Ｘａが長い程に目標ヨーレートγ＊  は小さくなり、人間による操舵時と同様に舵角を変化させることができる。また、車両１００から直進方向前方における軌道縁までの距離Ｘａが長い時は、操舵用アクチュエータ９の制御頻度を少なくし、舵角が小刻みに変化するのを防止し、車両１００の乗り心地を快適なものにできる。さらに、車両１００から直進方向前方における軌道縁までの距離Ｘａが短い時は車速Ｖを減少させ、到達時間ｔを長くすることで目標ヨーレートが減少し急激な舵角変化を防止することで車両１００の乗り心地が低下するのを防止できる。
【００２５】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態のようにステアリングホイールと車輪とが機械的に接続された操舵装置に代えて、操作部材を車輪に機械的に連結することなく、操作部材の操作に応じた操舵用アクチュエータの動きを車輪に舵角が変化するように伝達する操舵装置を備えた車両にも本発明を適用できる。また、車速変更機構として制動機構に代えて車両のエンジン出力調節機構等の走行系駆動力調節機構を用いてもよい。さらに、図８の変形例に示すように、ヨー方向必要変化角度θとして、軌道１０１における車両１００の直進方向に沿う線分Ｌ１と、車両の直進方向前方に存在する軌道縁との交点Ｅにおいて、その線分Ｌ１とその軌道縁の接線Ｌ２とがなす角度θを求めてもよい。その接線Ｌ２に沿う方向が目標進行方向となる。この場合、例えば車両の前方に存在する軌道縁を撮影する撮影装置と、撮影装置により得られた画像データの処理装置とを車両に設け、その画像データの処理によりヨー方向必要変化角度を求めるようにすればよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の自動操舵システムによれば、複雑なシステムを必要とすることなくコーナリング時に車両の搭乗者に違和感を与えることなく快適な乗り心地を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の自動操舵システムを構成する車両の構成説明図
【図２】本発明の実施形態の自動操舵システムの作用説明図
【図３】本発明の実施形態の自動操舵システムの制御ブロック線図
【図４】本発明の実施形態の自動操舵システムにおける操舵用アクチュエータの制御用検出値のサンプリングレートと、車両が軌道縁に到達するまでの時間との関係を示す図
【図５】本発明の実施形態の自動操舵システムにおける目標ヨーレートγ＊  と目標車速Ｖ＊  との関係を示す図
【図６】本発明の実施形態の自動操舵システムにおける操舵用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート
【図７】本発明を適用した車両の軌道における走行シミュレーションにより求めた走行軌跡の一例を示す図
【図８】本発明の変形例の自動操舵システムの作用説明図
【符号の説明】
９  操舵用アクチュエータ
１２  車速センサ
１６  ヨーレートセンサ
１７  測距装置
２０  制御装置
５０  制動圧制御ユニット
１００  車両
１０１  軌道
１０２  反射部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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