(57)【要約】【課題】ヨーレートセンサ１６や横加速度センサ１５の出力を、自動駐車制御に有効活用して、自動駐車制御が実現できる車両用操舵装置が望まれていた。【解決手段】自動駐車モード設定スイッチ２１がオンされているときには、ヨーレートセンサ１６の出力は、スイッチ２０１により増幅回路２０３へ与えられる。そしてゲインＧ２で増幅され、ヨーレートγ２が得られる。ヨーレートγ２は、センサの検出範囲が２分の１に狭められるが、分解能が２倍に増加した出力特性を有している。自動駐車モードでは、車両の走行速度は低速度であり、センサを低速度の使用範囲に制限して、代わりにセンサの分解能を２倍にし、自動駐車モードに適した出力を得られるようにしている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操向のために運転者が操作する操作部材と、
前記操作部材が操作されることに応答して、舵取り車輪を転舵させる舵取り機構と、
自動走行制御が行われる状態にするための自動走行モード設定手段と、
車両の挙動を表わす各種情報を検出するための複数の車両センサと、
前記自動走行モード設定手段により自動走行モードが設定されたことに応答して、前記複数の車両センサのうちの予め定める車両センサに対し、自動走行モードのための適切な出力が導出されるように、出力ゲインを切り換える手段と、
自動走行モードにおいて、前記複数の車両センサの出力を参照しながら、前記舵取り機構を自動制御する自動操舵制御手段と、
を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記自動走行モードは、自動駐車制御モードであり、
前記ゲイン切り換え手段により出力ゲインが切り換えられる車両センサは、車両のヨーレートを検出するためのヨーレートセンサを含み、低速度領域における分解能を向上させるように出力ゲインが切り換えられることを特徴とする、請求項１記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両を所望の方向へ移動させるための車両用操舵装置に関し、特に、車両を所望の駐車位置に駐車させるために自動操舵を行うことのできる車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動操舵装置によって車両の自動走行を実現し、かつ、走行中の車両が障害物に接触されることが予測されたときには自動制動を行う技術が、特許文献１に提案されている。
また、バック駐車や縦列駐車を行う際に、車両用操舵装置を自動制御して、車両を駐車位置まで移動させる技術が、特許文献２や特許文献３に開示されている。
【特許文献１】特開平５−５８３１９号公報
【特許文献２】特開平１０−１１４２７２号公報
【特許文献３】特開２００６−２１７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
自動操舵装置によって車両の自動走行を実現するためには、車両の走行状態や挙動を検出するための各種の車両センサが必要である。車両センサは、特許文献１に提案されているような、車両が比較的高速で走行する場合に必要なセンサと、特許文献２や特許文献３に開示されているような、自動駐車制御を行う場合に必要なセンサとでは、車両の走行挙動が著しく異なるため、それぞれ別々の車両センサが必要である。
【０００４】
このように、車両には多数の車両センサを設けなければならず、しかも、車両が比較的高速で走行する場合と、低速で自動駐車制御等を行う場合とでは、それぞれ感度の異なる別々の車両センサが必要になり、自動操舵は、現実の実施が非常に困難であるという課題があった。
この発明は、このような背景のもとになされたもので、車両用操舵装置によって自動走行制御を行う場合に、車両センサの検出出力を切り換え、自動走行制御に適切に利用するようにした車両用操舵装置を提供することを主たる目的とする。
【０００５】
この発明は、また、ヨーレートセンサおよび／または横加速度センサ等の車両が高速走行する際に車両の挙動を検出するための車両センサの出力を、自動駐車制御に有効活用して、自動駐車制御が実現できる車両用操舵装置を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両の操向のために運転者が操作する操作部材（１）と、前記操作部材（１）が操作されることに応答して、舵取り車輪（４）を転舵させる舵取り機構（２、５）と、自動走行制御が行われる状態にするための自動走行モード設定手段（２１）と、車両の挙動を表わす各種情報を検出するための複数の車両センサ（１１、１２、１４、１５、１６、１７、１８）と、前記自動走行モード設定手段（２１）により自動走行モードが設定されたことに応答して、前記複数の車両センサのうちの予め定める車両センサ（１５、１６）に対し、自動走行モードのための適切な出力が導出されるように、出力ゲインを切り換える手段（２０）と、自動走行モードにおいて、前記複数の車両センサの出力を参照しながら、前記舵取り機構（２、５）を自動制御する自動操舵制御手段（２０）と、を含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記自動走行モードは、自動駐車制御モードであり、前記ゲイン切り換え手段（２０）により出力ゲインが切り換えられる車両センサは、車両のヨーレートを検出するためのヨーレートセンサ（１６）を含み、低速度領域における分解能を向上させるように出力ゲインが切り換えられることを特徴とする、請求項１記載の車両用操舵装置である。
【０００８】
なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表わす。以下、この項において同じ。
上記構成では、運転者が操作部材（１）を操作することにより、舵取り機構（２、５）により舵取り車輪（４）を転舵させて、車両を所望の向きに操舵することができる。
また、運転者が自動走行モード設定手段（２１）を操作することにより、自動走行制御、たとえば自動駐車制御が行われる状態にすることができる。自動駐車制御では、車両が所定の駐車位置等へ移動するように、自動操舵制御手段（２０、２２）により舵取り車輪（４）が転舵される。
【０００９】
車両には、車両の挙動を検出するために、複数の車両センサが備えられているが、複数の車両センサのうち予め定める車両センサに対しては、自動駐車制御時に、ゲイン切り換え手段により出力ゲインが切り換えられる。
たとえば、車両のヨーレートを検出するためのヨーレートセンサ（１６）は、車両の走行速度がたとえば０〜１５０ｋｍの範囲内で有効な検出出力を導出するように、出力ゲインが定められている。
【００１０】
ところが、自動駐車制御では、車両の走行速度は、速くてせいぜい１０ｋｍ程度以下であるから、ヨーレートセンサ（１６）の出力範囲も低速度の狭い範囲に限られている。
そこで、自動駐車制御時には、ゲイン切り換え手段により、ヨーレートセンサ（１６）の検出出力のゲインが切り換えられて、たとえば走行速度が１０ｋｍ以下の場合の、検出出力の分解能が向上するようにされる。
【００１１】
これにより、ヨーレートセンサ（１６）の検出出力をより有効に活用して、車両の自動駐車制御に反映させることができる。
上述の説明は、ヨーレートセンサ（１６）を例にとっただけで、ゲイン切り換え手段により出力ゲインが切り換えられる車両センサとしては、ヨーレートセンサ以外に、横加速度センサ、速度センサ等を例示することができる。
【００１２】
また、上述の説明は、自動駐車制御を取りあげたが、駐車時に限らず、高速で走行する際の自動走行制御にも適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための図解図であり、いわゆるステア・バイ・ワイヤシステムの構成が示されている。この車両用操舵装置は、運転者が操向のために操作する操作部材としてのステアリングホイール１と、ステアリングホイール１が回転操作されることに応じて駆動される操舵用アクチュエータ２と、操舵用アクチュエータ２の駆動力を、舵取り車輪としてのたとえば前方左右車輪４に伝達するステアリングギヤ３とを備えている。ステアリングホイール１と、操舵用アクチュエータ２を含む舵取り機構５との間には、ステアリングホイール１に加えられた操作トルクが舵取り機構５に機械的に伝達されるような機械的な結合はなく、ステアリングホイール１の操作量（操作角または操作トルク）に応じて操舵用アクチュエータ２が駆動制御されることによって、車輪４が転舵されるようになっている。
【００１４】
操舵用アクチュエータ２は、たとえば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。ステアリングギヤ３は、操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動（車両左右方向の直線運動）に変換する運動変換機構を有する。ステアリングロッド７の動きがタイロッド８およびナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、車輪４のトー角（転舵角）が変化する。ステアリングギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを舵角が変化するように車輪４に伝達できれば構成は限定されない。なお、操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、車輪４がセルフアライニングトルクにより直進操舵位置に復帰できるようにホイールアライメントが設定されている。
【００１５】
ステアリングホイール１は、車体側に回転可能に支持された回転シャフト１０に連結されている。この回転シャフト１０には、ステアリングホイール１に作用する反力トルクを発生する反力アクチュエータ１９が設けられている。この反力アクチュエータ１９は、回転シャフト１０と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。
【００１６】
車体と回転シャフト１０との間には、ステアリングホイール１を直進操舵位置に復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材３０が設けられている。この弾性部材３０は、たとえば、回転シャフト１０に弾力を付与するばねにより構成できる。反力アクチュエータ１９が回転シャフト１０にトルクを付加していないとき、ステアリングホイール１は、弾性部材３０の弾力により、直進操舵位置に復帰する。
【００１７】
ステアリングホイール１の操作角（回転角）を検出するために、回転シャフト１０の回転角δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。また、車両の運転者がステアリングホイール１に作用させる操作トルクＴｈを検出するために、回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ１２が設けられている。さらに、車両の舵角（舵取り機構５の転舵角）δを検出するための舵角センサ１３が、当該舵角に対応するステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータにより構成されている。また、車速Ｖを検出する速度センサ１４、車両の横加速度Ｇｙを検出する横加速度センサ１５、および車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１６が設けられている。
【００１８】
さらに、車両後方の様子を撮像するための後方モニタカメラ１７、および、車両の側方および斜め後方等に向けて検出信号（たとえば赤外線や超音波など）を出し、車両の側方および斜め後方等の障害物を検知し、その距離を検出するための障害物センサ１８が設けられている。
これらの角度センサ１１、トルクセンサ１２、舵角センサ１３、速度センサ１４、横加速度センサ１５およびヨーレートセンサ１６は、コンピュータにより構成される制御装置２０にそれぞれ接続されている。制御装置２０は、駆動回路２２、２３を介して、操舵用アクチュエータ２および反力アクチュエータ１９を制御するようになっている。
【００１９】
また、車両の運転者が操作できる位置には自動駐車モード設定スイッチ２１が備えられている。
自動駐車モード設定スイッチ２１がオンされると、その信号が制御装置２０に与えられ、車両用操舵装置は、制御装置２０によって自動制御される。自動駐車モードの場合には、後方モニタカメラ１７や障害物センサ１８の検出出力が活用される。  図２は、一例として、上述した制御装置２０へ与えられるヨーレートセンサ１６の検出ゲインの切り換えを説明するための図解的なブロック図である。ヨーレートセンサ１６により検出された車両のヨーレートγは、制御装置２０内において、切り換えスイッチ２０１により、増幅回路２０２に与えられるか、増幅回路２０３に与えられるかが切り換えられる。増幅回路２０２は、たとえば予め定める相対的に小さなゲインＧ１の増幅率を有しており、増幅回路２０３は、予め定める相対的に大きなゲインＧ２（Ｇ２＞Ｇ１）の増幅率を有している。      
【００２０】
各増幅回路２０２、２０３で増幅されたヨーレートγ１またはγ２は、Ａ／Ｄ変換回路２０４によってアナログ信号からデジタル信号に変換され、ＭＰＵ（マイクロプロセシングユニット）２０５へ与えられる。ＭＰＵ２０５には、ゲインＧ１に対応したデータ変換テーブル２０６と、ゲインＧ２に対応したデータ変換テーブル２０７とが備えられている。ＭＰＵ２０５では、入力されるヨーレートを、それぞれ対応するテーブル２０６または２０７に当てはめることにより、ゲイン変換を行うことができる。
【００２１】
より具体的に、図３のセンサ出力特性も参照しながら説明する。
図１に示す車両用操舵装置は、通常は、ステア・バイ・ワイヤモードとなっており、制御装置２０により駆動回路２２、２３は、ステア・バイ・ワイヤモードに適した操舵力を発生させるように制御される。その場合は、ヨーレートセンサ１６で検出された車両のヨーレートγが、増幅回路２０２に与えられるようにスイッチ２０１を切り換え、ゲインＧ１で増幅されたヨーレートγ１は、たとえば図３（Ａ）に示す出力特性を示す。すなわち、入力が「１０」のとき出力「５Ｖ」が得られるように、ヨーレートと出力電圧とを関連づけるよう増幅する。
【００２２】
一方、自動駐車モード設定スイッチ２１がオンされて、自動駐車モードになった場合には、スイッチ２０１が切り換えられて、ヨーレートセンサ１６の出力γは増幅回路２０３へ与えられてゲインＧ２で増幅され、ヨーレートγ２が得られる。
ヨーレートγ２は、たとえば図３（Ｂ）に示す特性を有しており、入力が「５」に対して出力が「５Ｖ」になるように関係づけられている。
【００２３】
つまり、図３の（Ａ）に示すセンサの出力特性に比べて、（Ｂ）に示すセンサの出力特性は、感度（分解能）が２倍になっている。より具体的には、センサの検出範囲（使用範囲）は２分の１の範囲に狭められたが、分解能が２倍に増加している。
通常、自動駐車モードでは、車両の走行速度はたとえば１０ｋｍ以下の低速度であり、ヨーレート（車両の向きの変化速度）も比較的ゆっくりであるから、その使用範囲をたとえば２分の１にしてもヨーレートの検出に支障は生じない。そこで、センサの使用範囲を半分にし、代わりにセンサの分解能を２倍にして、自動駐車モードにより適した出力が得られるようにしている。
【００２４】
ヨーレートセンサの出力を、通常モードと自動駐車モードとで切り換える別の構成として、ＭＰＵ２０５に備えられた２つのテーブル２０６、２０７のいずれを使用するかにより切り換えることもできる。
図２において、ヨーレートセンサ１６の検出出力は、全て増幅回路２０２を経由してＭＰＵ２０５に与えられるものとする。この場合において、ＭＰＵ２０５が、与えられるヨーレートγ１を、テーブル２０６に当てはめてセンサ出力を得た場合は、たとえば図３（Ａ）の出力特性が得られる。
【００２５】
一方、ヨーレートγ１をテーブル２０７に当てはめてセンサ出力を得た場合は、図３（Ｃ）に示す出力特性が得られる。
図３（Ｃ）に示す出力特性は、プラス側の回転方向０°付近の分解能を向上させた出力特性となっている。
このように、ヨーレートセンサ１６の出力を例にとれば、その出力が、通常モードと、自動駐車モードとで、それぞれ必要な出力範囲に最適化するように切り換えられる増幅回路２０３、または、テーブル２０７を設けたことが、この実施形態の特徴の１つである。
【００２６】
なお、図２に示す図解的なブロック図では、切り換えスイッチ２０１、増幅回路２０２および増幅回路２０３が設けられるとともに、テーブル２０６およびテーブル２０７が備えられた構成となっているが、いずれか一方、たとえば切り換えスイッチ２０１、増幅回路２０２および２０３を有し、テーブル２０６および２０７は有さない構成であってもよいし、図２に示すブロック回路において、切り換えスイッチ２０１、増幅回路２０２および２０３を除いた構成としてもよい。
【００２７】
上述の説明は、ヨーレートセンサ１６を例にとって説明したが、通常モードと自動駐車モードとで、検出出力を切り換えた方が良いセンサとしては、ヨーレートセンサ１６以外に、横加速度センサ１５、速度センサ１４、スロットル開度センサ等を例示することができる。
また、上述の実施形態では、通常モードと自動駐車モードとで、センサの出力ゲインが切り換えられる旨の説明をしたが、通常モードと、たとえば自動走行制御モードとで、センサの出力ゲインが切り換えられるようにしてもよい。たとえば、車両が高速道路の走行状態に入ったとき、車両用操舵装置を、通常モードから、自動走行制御モードに切り換え、回転シャフト１０の回転角を検出する角度センサ１１（図１参照）が検出するステアリングホイール１の操舵角δｈの検出の分解能を増加させ、小舵角範囲の検出精度を向上させて、車両挙動の安定化制御を行ったり、車両のレーンキープ制御を向上させるための制御に利用することが可能である。
【００２８】
さらに、前述の実施形態では、ステア・バイ・ワイヤシステムにこの発明が適用された例について説明したが、この発明は、車両の舵取り機構に操舵力を付与する操舵アクチュエータが備えられた車両用操舵装置に対して広く適用することができる。このような車両用操舵装置には、電動パワーステアリング装置、油圧式のパワーステアリング装置などが含まれる。
【００２９】
この発明は、以上の説明に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための図解図である。
【図２】制御装置２０へ与えられるヨーレートセンサ１６の検出ゲインの切り換えを説明するための図解的なブロック図である。
【図３】センサ出力特性を表わすグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１：ステアリングホイール、２：操舵用アクチュエータ、４：舵取り車輪、５：舵取り機構、１１：角度センサ、１４：速度センサ、１５：横加速度センサ、１６：ヨーレートセンサ、２０：制御装置、２１：自動駐車モード設定スイッチ、２２、２３：駆動回路、２０１：切り換えスイッチ（ゲイン切り換え手段）、２０２、２０３：増幅回路、２０６、２０７：テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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