JPH0550931A

JPH0550931A - 車両の自動操舵装置

Info

Publication number: JPH0550931A
Application number: JP3211178A
Authority: JP
Inventors: Tetsurou Butsuen; 哲朗佛圓; Toshihiro Hara; 寿広原; Kazumoto Fujise; 一基藤瀬; Takeshi Takagi; 毅高木; Satoshi Morioka; 里志森岡; Satoru Matsuoka; 悟松岡; Naoyuki Hikita; 尚之疋田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1991-08-22
Filing date: 1991-08-22
Publication date: 1993-03-02

Abstract

(57)【要約】【目的】運転者に違和感を与えずに、適正な自動操舵
を行う。【構成】ステアリングシャフトの第１部材２Ａと第２
部材２Ｂとの間に、自動操舵時に車輪の転舵角とハンド
ル舵角とを連動させながら、ハンドル舵角の立上がりを
車輪の転舵角のそれよりも遅らせる遅延手段２３を設け
る。遅延手段２３は、第１部材２Ａに連結された油圧シ
リンダ２１と、第２部材２Ｂに連結された弾性体部材２
２とを備える。油圧シリンダ２１のピストンロッド２１
ａと弾性体部材２２とを長さ調整可能に結合する。自動
操舵時に、ピストンロッド２１ａの突出量を少なくし、
剛性を小さくする。よって、運転者を傷付けるような
『キックバック的』な要素を緩和し、運転者に違和感を
与えない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、障害物との干渉を回避
するための操舵を行う車両の自動操舵装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より平面上を移動する移動体同士の
衝突回避を操舵により実現する誘導装置として、例えば
特開平１−１２４００８号公報に記載されるように、自
車と、他の移動体の位置、進行方向及び速度から衝突位
置を求め、操舵によって衝突を回避する経路を演算し、
操舵を行うことは知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、そのよう
に、操舵によって衝突を回避する経路を演算し、自動操
舵により衝突回避を行う場合、その自動操舵による車輪
の転舵角に追従してハンドル舵角が立上がるが、それは
運転者の意思とは関係なく行われるため、運転者は違和
感を感ずる場合がある。

【０００４】本発明は、運転者に違和感を与えずに、適
正な自動操舵を行うことができる車両の自動操舵装置を
提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、障害物との干
渉を回避するための操舵を行う車両の自動操舵装置を前
提とする。

【０００６】請求項１の発明は、ステアリング系に、自
動操舵時に車輪の転舵角とハンドル舵角とを連動させな
がら、ハンドル舵角の立上がりを車輪の転舵角のそれよ
りも遅らせる遅延手段が設けられている構成とする。ま
た、請求項２の発明においては、遅延手段が、第１部材
と第２部材とに２分割されたステアリングシャフトの一
方の部材に連結された油圧シリンダと、他方の部材に連
結された弾性体部材とを備え、油圧シリンダのピストン
ロッドと弾性体部材とが結合長さ調整可能に結合されて
いる。

【０００７】

【作用】請求項１の発明によれば、遅延手段が、自動操
舵時に車輪の転舵角とハンドル舵角とを連動させなが
ら、ハンドル舵角の立上がりを車輪の転舵角のそれより
も遅らせるので、自動操舵による違和感を運転者は受け
にくくなる。

【０００８】請求項２の発明によれば、油圧シリンダの
ピストンロッドと弾性体部材とが結合長さ調整可能に結
合されているので、その結合長さを調整することで、ハ
ンドル舵角の遅れ量を調整できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に沿って詳細に
説明する。

【００１０】概略構成を示す図１において、１はステア
リングホイ−ルで、そのステアリングシャフト２の下端
のピニオン３（図７参照）が、車軸４のラック部５（図
７参照）に噛合し、操舵できるようになっている。ま
た、車軸４に対しては自動操舵シリンダ６が設けられ、
自動操舵もできるようになっている。そして、コントロ
−ラ７によって、車軸４の位置を検出する位置センサ８
の出力を受け、２つの切替バルブ９，１０と自動操舵バ
ルブ１１とを制御して、自動操舵シリンダ６に油ポンプ
１２より供給される圧油を供給して、フィ−ドバック制
御により自動操舵を行うことができるようになってい
る。

【００１１】上記コントロ−ラ７には、自車速度を検出
する第１車速センサ１００Ａよりの信号及び先行車の速
度を検出する第２車速センサ１００Ｂよりの信号が入力
されるようになっている。また、コントロ−ラ７は、周
知の方法で路面の摩擦係数を検出する摩擦係数検出手段
７Ａと、該摩擦係数検出手段７Ａ及び車速センサ１００
Ａ，１００Ｂの出力を受け、自動操舵の際の操舵角を、
自車速度、路面の摩擦係数又は自車と先行車との相対速
度に応じて設定する操舵角設定手段７Ｂとを有する。

【００１２】また、ステアリングシャフト２には、図２
及び図３に詳細を示すように、その途中に、油圧シリン
ダ２１と、捩れ要素である弾性体部材２２とからなる遅
延手段２３が介設されている。即ち、ステアリングシャ
フト２が、第１部材２Ａと第２部材２Ｂとに２分割さ
れ、第１部材２Ａに油圧シリンダ２１が取付けられる一
方、第２部材２Ｂに筒状の弾性体部材２２が取付けられ
ている。そして、油圧シリンダ２１のピストンロッド２
１ａと弾性体部材２２とが軸方向にのみ移動可能にスプ
ライン嵌合している。

【００１３】従って、ピストンロッド２１ａの突出量が
大きいときは（図４参照）、捩れ長さが短くなり、剛性
が大きくなる一方、突出量が小さいときは（図５参
照）、捩れ長さが大きくなり、剛性が小さくなるように
なっている。

【００１４】従って、自動操舵時に、ピストンロッド２
１ａの突出量を小さくすることにより（図６参照）、捩
りばね定数を小さくし、自動操舵時に車輪の転舵角とハ
ンドル舵角とを連動させながらハンドル舵角の立上がり
を車輪の転舵角のそれよりも遅延手段２３によって遅ら
せることで、運転者を傷つけるような『キックバック
的』な要素を緩和し、また、捩りのバネ反力によって運
転者に適正な舵角を操舵するように促すことになる。

【００１５】また、図７に示すように、パワ−ステアリ
ングのパワ−ピストン３１と自動操舵シリンダのピスト
ン３２とが並列に配置されている。即ち、パワ−ピスト
ン３１は、ラック部と一体に、外筒３３内をスライド可
能に摺動する。また、この外筒３３にピストン３２が一
体的に形成され、該ピストン３２は、車体と一体的に形
成された外筒３４内をスライド可能に摺動するようにな
っており、スプリング３５，３６によって中立位置に常
時付勢されている。パワ−ピストン３１は、３位置４ポ
−ト形のバルブ４１を介して油ポンプ４２より供給され
る圧油によって駆動される。また、ピストン３２は、２
位置５ポ−ト形のバルブ４３及び３位置４ポ−ト形のバ
ルブ４４を介して油ポンプ４２より供給される圧油によ
って駆動される。よって、自動操舵とパワ−ステアリン
グとの駆動源が共通化され、運転者による操舵力、パワ
−ステアリング力及び自動操舵力の合力で操舵すること
となる。なお、自動操舵力とパワ−ステアリング力とは
別々に設定できる。

【００１６】そして、自動操舵時には、図８に示すよう
に、パワ−ピストン３１の駆動がバルブ４１によって停
止せしめられ、ピストン３２のみが、バルブ４３，４４
によって駆動せしめられ、自動操舵が行われる。このと
き、例えば自動操舵方向に対して正の操舵トルクを感知
したときは、パワ−ステアリングにより弱い助力を与え
てやる。一方、自動操舵からパワ−ステアリングに切替
える場合は、図９に示すように、バルブ４３がピストン
３２がセンタ−位置となるまで切り替わり、その後、バ
ルブ４３は連通状態に戻り、それから、パワ−ピストン
３１が、図１０に示すように、バルブ４１によって駆動
される。

【００１７】上記自動操舵は、車両の走行条件（車間距
離、前方車両とガイドレ−ルとの距離等）から、路面の
摩擦係数や車両の運動特性を考慮した上で、干渉回避の
ための操舵パタ−ンを設定し、必要に応じて行い、自動
操舵終了後、実際の車両特性と操舵パタ−ン設定のため
に用いた車両特性とのずれ等によって生じる誤差的な運
動を補正するための、修正操舵を行い、車両を安定させ
るようになっている。

【００１８】続いて、先行車との干渉を回避するため
の、上記コントロ−ラ７による自動操舵の制御の一例に
ついて説明する。

【００１９】図１１において、自動操舵をスタ−トする
と、イニシャライズされて、コ−ナの曲率が検出され
（ステップＳ1 ）、先行車と自車との車間距離Ｌ1 、自
車速度ｖ0 、先行車の速度ｖ1 、路面の摩擦係数μ、左
許容範囲ｙL 、右許容範囲ｙRを検出する（ステップＳ2
）。なお、自車速度ｖ0 、先行車の速度ｖ1 は周知の
方法で検出される。また、スキャン型のレ−ザレ−ダ等
の外部環境認識システムから、先行車１３と自車１４と
の車間距離Ｌ1 、先行車と両側のガイドレ−ルや白線等
の道路境界線までの角度θR 、θL を検出し（図１２参
照）、例えばｙR 〓Ｌ1 ・tan θR ｙL 〓Ｌ1 ・tan θL 等の式に従って、右許容範囲ｙR 、左許容範囲ｙL を求
める。

【００２０】白線の検出については、白線上に設置され
たキャッツアイ等からの反射やビデオカメラ等を用いた
画像処理技術の応用によって可能である。

【００２１】それから、それらの検出値に基づいて、最
小車間距離Ｌ0 、自車と先行車との相対速度Ｖ（＝ｖ0
−ｖ1 ）、追越し時間Ｔ1、操舵角θH 、許容横Ｇを演
算する（ステップＳ3 ）。

【００２２】ここで、最小車間距離Ｌ0 は、次の数式に
よって計算される。

【００２３】

【数１】

【００２４】そして、横方向移動距離ｙ0 と、路面の摩
擦係数によって決定される許容最大横Ｇとによって、操
舵に要する時間Ｔ1 が、次の式に基づき決定される。

【００２５】

【数２】

【００２６】さらに、車両モデルを考慮して操舵角θH
が次の式に基づき決定される。

【００２７】

【数３】

【００２８】操舵角は、路面の摩擦係数も考慮して決定
されている（図１３参照）。即ち、路面の摩擦係数が小
さいと、許容横Ｇが小さくなる。一方、必要な横移動距
離は略一定であるから、許容横Ｇが小さくなると、操舵
に要する時間も短くなり、その結果操舵角も小さくな
る。また、図１４に示すように、相対速度Ｖが大きくな
るほど、自動操舵するのに必要な最小車間距離Ｌ0 が大
きくなる。

【００２９】そして、それらに基づき、図１５に示すよ
うに、自動操舵による操舵パタ−ンが定まる。この自動
操舵は、先行車に追い付くまでに、所定量ｙ0だけ横方
向に移動できるだけの正弦の単波条の操舵パタ−ンで操
舵する。

【００３０】それから、干渉する可能性があるか否かを
チェックするために、相対速度Ｖ＞０であるか否かを判
定する（ステップＳ4 ）。相対速度Ｖが０を越えると、
干渉する可能性があるので、車間距離Ｌ1 が警報距離よ
り小さいか否かを判定する（ステップＳ5 ）。小さけれ
ば、警報（例えば警報ランプ、警報ブザ−）を発し（ス
テップＳ6 ）、小さくなければ、リタ−ンする。

【００３１】警報を発した後、車間距離Ｌ1 が最小車間
距離Ｌ0 より小さいか否かを判定する（ステップＳ7
）。そして、小さい場合は、干渉を回避する必要があ
るので、まず、右許容範囲ｙR が必要な横移動量ｙ0 よ
りも小さいか否かを判定し（ステップＳ8 ）、小さけれ
ば、右方向への移動ができないので、左許容範囲ｙL が
必要な横移動量ｙ0 よりも小さいか否かを判定し（ステ
ップＳ9 ）、小さければ、右方向への移動ができない。
よって、リタ−ンする。

【００３２】また、右許容範囲ｙR が必要な横移動量ｙ
0 よりも小さくなければ、右旋回できるので、ｙフラグ
を１として（ステップＳ10）、ステップＳ11で、ｙフラ
グ＝１であるか否かを判定する。

【００３３】ｙフラグ＝１であれば、右方向から左方向
へと変化する操舵パタ−ンの自動操舵を行って干渉を回
避し（ステップＳ12）、ｙフラグ＝１でなければ、左方
向から右方向へと変化する操舵パタ−ンで自動操舵を行
って干渉を回避する（ステップＳ13）。このとき、コ−
ナの曲率が考慮されて自動操舵が行われる。

【００３４】そして、追越し時間Ｔ1 が経過したかを判
定し（ステップＳ14）、経過するまで上記自動操舵を継
続し、経過後、修正操舵を行い（ステップＳ15）、リタ
−ンする。

【００３５】そして、このステップＳ15における修正操
舵は、図１６に示すようにして行われる。

【００３６】スタ−トすると、まず、自動操舵開始後の
ヨ−角θ2 を検出する（ステップＳ21）。この検出は、
ヨ−レ−トジャイロの出力を積算して行う。

【００３７】それから、自動操舵開始前のヨ−角θ1 と
自動操舵開始後のヨ−角θ2 との差θref を演算する
（ステップＳ22）。そして、その差θref に基づき、自
動操舵角θH を検出する（ステップＳ23）。なお、Ｋp
，Ｋx ，Ｋd は定数である。

【００３８】そして、自動操舵角θH の絶対値が操舵角
の遊び分θ0 より小さいか否かを判定する（ステップＳ
24）。小さければ、操舵の必要がないので、そのまま終
了する一方、小さくなければ、自動操舵角θH が正であ
るか否かを判定する（ステップＳ25）。正であれば、左
に操舵角θH を操舵する（ステップＳ26）一方、正でな
ければ、右に操舵角θH を操舵する（ステップＳ27）。

【００３９】このようにして修正操舵が行われ、自動操
舵開始時の進行方向と終了時の進行方向のずれが解消さ
れる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１の発明は、自動操舵時に車輪の
転舵角とハンドル舵角とを連動させながら、ハンドル舵
角の立上がりを車輪の転舵角のそれよりも遅らせるよう
にしたので、自動操舵による違和感を運転者は受けにく
くなる。

【００４１】請求項２の発明は、油圧シリンダのピスト
ンロッドと弾性体部材とを結合長さ調整可能に結合して
いるので、その結合長さを調整するという簡単な操作に
よって、ハンドル舵角の遅れ量を調整することででき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両の自動操舵装置の構成を示す概略斜視図で
ある。

【図２】ステアリングシャフトの側面図である。

【図３】遅延手段の分解斜視図である。

【図４】通常時の遅延手段の状態を示す説明図である。

【図５】自動操舵時の遅延手段の状態を示す説明図であ
る。

【図６】自動操舵時の捩りばね定数の変化を示す説明図
である．

【図７】自動操舵シリンダのピストンとパワ−ステアリ
ング装置のピストンとの関係を示す図である。

【図８】自動操舵時における、自動操舵シリンダのピス
トンとパワ−ステアリング装置のピストンとの状態を示
す図である。

【図９】自動操舵時からパワ−ステアリング時への移行
時における、自動操舵シリンダのピストンとパワ−ステ
アリング装置のピストンとの状態を示す図である。

【図１０】パワ−ステアリング時における、自動操舵シ
リンダのピストンとパワ−ステアリング装置のピストン
との状態を示す図である。

【図１１】前方の障害物を回避するための制御のフロ−
チャ−ト図である。

【図１２】先行車と自車との関係を示す図である。

【図１３】操舵角算出のブロック図である。

【図１４】操舵角、横方向移動距離及び追越し時間の関
係を示す図である。

【図１５】相対速度と、最小車間距離との関係を示す図
である。

【図１６】修正操舵の処理の流れを示すフロ−チャ−ト
図である。

【符号の説明】

1 ステアリングホイ−ル 2 ステアリングシャフト 2A 第１部材 2B 第２部材 21 油圧シリンダ 21a ピストンロッド 22 弾性体部材 23 遅延手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ６２Ｄ 137:00 (72)発明者高木毅広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者森岡里志広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者松岡悟広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者疋田尚之広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】障害物との干渉を回避するための操舵を
行う車両の自動操舵装置において、ステアリング系に、自動操舵時に車輪の転舵角とハンド
ル舵角とを連動させながら、ハンドル舵角の立上がりを
車輪の転舵角のそれよりも遅らせる遅延手段が設けられ
ていることを特徴とする車両の自動操舵装置。
【請求項２】遅延手段は、第１部材と第２部材とに２
分割されたステアリングシャフトの一方の部材に連結さ
れた油圧シリンダと、他方の部材に連結された弾性体部
材とを備え、油圧シリンダのピストンロッドと弾性体部材とが長さ調
整可能に結合されているところの請求項１記載の車両の
自動操舵装置。