JPH06336169A

JPH06336169A - 自動操舵装置の制御方法

Info

Publication number: JPH06336169A
Application number: JP5125980A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kimura; 多加志木村
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1993-05-27
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【目的】自動操舵制御において衝突回避等の急転舵の
場合に適確に転舵する。【構成】車両１のステアリング装置１０に操舵制御モ
ータ３６とトルク制御モータ３８を備えるギヤ比可変機
構２５を設け、自動操舵モードの場合に操舵制御モータ
３６を回転制御し、トルク制御モータ３８をトルク制御
して作動し、車両１をハンドル手離しで道路の白線等に
沿うように自動操舵する。そして自動操舵モードでの急
転舵の場合は、操舵制御モータ３６とトルク制御モータ
３８を共に回転制御して両者により自動操舵し、操舵制
御モータ３６の負荷を軽減しつつ適確に転舵して障害物
に対して衝突を回避する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車両の運転
支援システム（ＡＤＡ）に使用されて電子的に自動操舵
する自動操舵装置の制御方法に関し、詳しくは、衝突回
避等のため急転舵する場合の自動操舵制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両の安全性を飛躍的に向上する
対策として、エアバック等の衝突被害軽減技術に対し
て、衝突しないための技術、即ち運転操作系を積極的に
アシストして安全側に自動的に制御する総合的な運転支
援システム（ＡＤＡ：Active Drive Assist system）が
開発されている。このＡＤＡシステムは、車両の前後に
装着したカメラを有して道路状況、他の車両、障害物等
の外部環境を三次元的に認識する制御ユニットにより、
ドライバと同等の自律走行能力を持たせ、この自律走行
能力によりブレーキ、スロットル及びステアリングの操
作系の各種装置を自動的に適正に操作するように構成さ
れる。そしてＡＤＡシステムが目指す機能として、衝突
防止機能と限定自動走行機能が考えられている。衝突防
止機能は、運転操作の誤り等で追突の危険がある場合に
自動ブレーキ作動したり、横風の際にハンドル修正する
ものである。限定自動走行機能は、ドライバに代わって
自動操舵して車線追従走行したり、障害物を自動回避し
たり、安全車間距離に保持するものである。

【０００３】上記ＡＤＡシステムについて更に具体的に
説明すると、例えば本件出願人による特願平４−６５３
４７号の出願で示すように、車両に装着した複数のカメ
ラにより前方風景や交通環境をとらえ、その画像を小領
域に分割して各々について三角測量法で距離を算出し
て、画面全体が三次元の距離分布の画像を得る。そして
距離画像から車線、前方車、障害物等を分離して検出す
る。車線からは左右の白線、道路形状等を認識する。前
方車や障害物に対しては、物体が何であるか、障害物と
の相対的な距離や速度等を認識して、種々の画像データ
を得る。

【０００４】また上述の画像データを利用して自動操舵
するシステムとして、特開平３−２３８８０９号の出願
で示すように、ステアリング装置の操舵系に操舵制御モ
ータやトルク制御モータを備えたプラネタリギヤ式のギ
ヤ比可変機構を設ける。そして画像データ等により車線
の白線に沿うような舵角を算出し、この舵角に応じた電
流を操舵制御モータに供給してギヤ比可変機構を作動す
ることで、タイヤ側を自動的に操舵し、車線追従で自律
走行することが考えられている。このシステムは最も重
要な画像認識の技術の開発により具体性を生じたもので
あり、実用化するためには更に種々の点で技術開発する
必要がある。

【０００５】従来、上記自動操舵装置に関しては、例え
ば特開平３−２７６３１０号公報の先行技術がある。こ
の先行技術において、無人の移動車を対象とし、所定時
間後の自車の予測位置と目標位置を設定し、両者の偏差
により制御量を演算する。また現在の自車位置と予測位
置との距離に基づき制御量を補正してアクチュエータに
出力することで、走行制御することが示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記先行技
術のものにあっては、自車の予測位置と目標位置の偏差
による制御量の信号をモータ等の単一のアクチュエータ
に出力して走行制御する方法であるから、以下のような
問題がある。即ち、乗用車等の車両に適応して実際の道
路を走行する場合は、車両の前方に障害物が存在するこ
とがあり、この場合は障害物に対して衝突を回避するよ
うに急転舵するように制御される。このような状況にお
いて先行技術のようにモータ等のアクチュエータが単一
の場合は、モータの負担が大きくなって高出力のモータ
が必要になる。また舵力不足により適確に急転舵できな
いことがある。

【０００７】本発明は、このような点に鑑み、自動操舵
制御において衝突回避等の急転舵の場合に適確に転舵す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、車両のステアリング装置に操舵制御モータと
トルク制御モータを備えて自動的に操舵するギヤ比可変
機構が設けられ、自動操舵モードの場合に車両前方の画
像データ、車速、実舵角の信号により操舵制御モータを
回転制御し、トルク制御モータをトルク制御して、走行
中の車両をハンドル操作なしで道路の白線等に沿うよう
に自動操舵する自動操舵装置において、自動操舵モード
の際に実舵角の舵角速度が設定値より大きいか否かを判
断し、設定値より大きい場合は急転舵を判定して、トル
ク制御モータを操舵制御モータと連動して同一転舵方向
に回転制御することを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記制御方法による本発明では、車両走行中に
自動操舵モードに設定すると、車両前方の画像データ、
車速、実舵角の信号で例えば道路の白線と車両の関係に
基づいて指示舵角が演算され、この指示舵角に応じてギ
ヤ比可変機構の操舵制御モータが回転し、同時にトルク
制御モータにより操舵トルクを相殺するようにトルクア
シストする。そこでドライバがハンドル操作しない状態
でも前輪が自動的に転舵して、白線に沿い安全に車線追
従走行される。そして自動操舵モードでは更に実舵角の
舵角速度により転舵状態が判断され、障害物に対して衝
突を回避するため、舵角速度が大きくなって急転舵する
場合は、トルク制御モータも同一転舵方向に回転制御さ
れる。このため操舵制御モータとトルク制御モータの両
者で自動操舵されて舵力等が増大し、操舵制御モータの
負荷を軽減しつつ適確に転舵して衝突が回避される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２において、ＡＤＡシステムの概略について説
明する。先ず、車両１のエンジン２のスロットル弁３に
は電気信号で開閉するアクチュエータ１１が設けられ、
ブレーキペダル４の操作で前輪５と後輪６のホイールシ
リンダ７にブレーキ圧を発生して制動するブレーキ装置
８には電気信号でブレーキ圧を加減圧する自動ブレーキ
油圧ユニット１２が設けられる。また車両１の例えば左
右前方には車両前方の所定の範囲を撮像するＣＣＤカメ
ラ１３が配置され、ハンドル９を有するステアリング装
置１０に電気信号で操舵する自動操舵パワーユニット１
４が設けられる。

【００１１】制御系として、ＣＣＤカメラ１３の撮像信
号が入力する画像認識制御ユニット１５を有し、撮像信
号に基づき三角測量法で距離を算出して、画面全体が三
次元の距離分布の画像を得る。そして距離画像から車
線、前方車、障害物等を分離して検出し、車線からは左
右の白線、道路形状等を認識する。前方車や障害物に対
しては、物体が何であるか、障害物との相対的な距離や
速度等を認識して、種々の画像データを得る。この画像
データは車間距離制御ユニット１６と自動操舵制御ユニ
ット１７に入力する。

【００１２】車間距離制御ユニット１６は、画像データ
と他の種々のセンサ信号により先行車や道路の障害物に
対して安全な距離を保つように加減速度を演算し、この
加減速度に基づく適正なスロットル開度のスロットル信
号をアクチュエータ１１に出力してスロットル制御す
る。また加減速度に基づく適正なブレーキ圧のブレーキ
信号を自動ブレーキ油圧ユニット１２に出力してブレー
キ制御する。そしてドライバのブレーキ操作等が不充分
な場合でも、安全車間を保ち、安全に走行することを可
能にする。自動操舵制御ユニット１７は、画像データと
他の種々のセンサ信号により道路の白線と車両とのずれ
等を演算し、このずれに基づく操舵信号を自動操舵パワ
ーユニット１４に出力して操舵制御する。そしてドライ
バがハンドル操作しない場合にも、安全に車線追従走行
することを可能に構成される。

【００１３】図３において自動操舵パワーユニット１４
の構成について説明する。先ず、ステアリング装置１０
のステアリング軸２０が入力軸２１と出力軸２２に２分
割され、入力軸２１の端部にハンドル９が設けられ、出
力軸２２は油圧パワーステアリング機構２３を介して前
輪５に連結され、両軸２１，２２の間にギヤ比可変機構
２５がバイパスして連結される。ギヤ比可変機構２５
は、入、出力軸２１，２２とこれらに平行配置されるモ
ータ軸２４に、２組のギヤ２６，２７と１組のプラネタ
リギヤ３０を組合せて構成される。

【００１４】即ち、第１のギヤ２６は小径のドライブギ
ヤ２６ａが入力軸２１に一体結合され、大径のドリブン
ギヤ２６ｂがモータ軸２４に回転可能に設けられる。第
２のギヤ２７は大径のドライブギヤ２７ａがモータ軸２
４に回転可能に設けられ、小径のドリブンギヤ２７ｂが
出力軸２２に一体結合される。プラネタリギヤ３０はサ
ンギヤ３１がモータ軸２４に一体結合され、リングギヤ
３２が第２のギヤ２７のドライブギヤ２７ａの内側に形
成され、サンギヤ３１とリングギヤ３２に噛合うピニオ
ン３３が第１のギヤ２６のドリブンギヤ２６ｂと一体的
なキャリア３４で支持される。そしてモータ軸２４の一
端に可逆回転可能なウォームギヤ３５を介して操舵制御
モータ３６が連結され、入力軸２１に同様なウォームギ
ヤ３７を介してトルク制御モータ３８が連結される。ま
た入力軸２１と出力軸２２の間には、タイヤが縁石等に
衝突して大きい操舵トルクが入力し、両軸２１，２２が
所定の角度以上回転した場合に直結するストッパ３９が
設けられる。

【００１５】そこでモータ軸２４のサンギヤ３１が固定
した状態で、ドライバがハンドル９を操舵すると、入力
軸２１と第１のギヤ２６によりプラネタリギヤ３０のキ
ャリア３４が回転してピニオン３３が遊星回転し、リン
グギヤ３２と第２のギヤ２７により出力軸２２をハンド
ル９と同一方向に回転して転舵する。この場合に、ギヤ
の歯数を選択することにより、入、出力軸２２の回転が
略同一にされる。またトルク制御モータ３８により入力
軸２１を固定して操舵反力を相殺するようにトルクアシ
ストする状態で、操舵制御モータ３６によりサンギヤ３
１を回転すると、ピニオン３３の自転でリングギヤ３２
と第２のギヤ２７を介し出力軸２２を同一方向に回転し
て電気的に転舵するように構成される。

【００１６】制御系として、入力軸２１には操舵角Ｑｈ
を検出する操舵角センサ４０、操舵トルクＴｈを検出す
る操舵トルクセンサ４１が設けられ、出力軸２２には実
舵角Ｑｐを検出する転舵角センサ４２が設けられる。ま
たギヤ比可変機構２５のモータ軸２４には位相角Ｑｓを
検出する位相角センサ４３が設けられる。そして画像認
識制御ユニット１５の画像データ、車速センサ４４の車
速Ｖ及び上記各センサ４０〜４３の信号が自動操舵制御
ユニット１７に入力して電気的に処理され、自動操舵モ
ードの場合に操舵信号を操舵制御モータ３６に出力し、
トルク信号をトルク制御モータ３８に出力するように構
成される。

【００１７】図１において、自動操舵制御ユニット１７
について説明する。先ず、画像認識制御ユニット１５か
らの画像データが入力する距離算出部５０を有し、図４
のように画像上の所定距離位置Ｄを設定する。目標軌道
設定部５１は画像データに基づきその所定距離位置Ｄの
白線による目標軌道Ｌ１を設定する。また車速Ｖと実舵
角Ｑｐが入力する予測軌道算出部５２を有し、現在の車
両の位置、方向、走行状態のままで所定距離位置Ｄに走
行した場合の車両１の予測軌道Ｌ２を算出する。更に、
選択スイッチ４５のＯＮ、ＯＦＦにより例えば制御シス
テムの電源を投入した自動操舵モードと、その電源を切
断した手動操舵モードを設定するモード設定部５３を有
する。

【００１８】上述の目標軌道Ｌ１、予測軌道Ｌ２及びモ
ード信号はずれ幅算出部５４に入力して、自動操舵モー
ドの場合に目標軌道Ｌ１と予測軌道Ｌ２のずれ幅ｅを算
出する。このずれ幅ｅは舵角算出部５５に入力して、ず
れ幅ｅと比例定数ｋとにより指示舵角φを算出する。指
示舵角φと実舵角Ｑｐは制御量演算部５６に入力し、両
者の偏差により制御量を算出し、駆動部５７により制御
量に応じた電流Ｉｐを操舵制御モータ３６に供給する。
また手動操舵モードの場合はサンギヤ固定に必要な所定
の電流Ｉｐを操舵制御モータ３６に供給する。操舵トル
クセンサ４１の操舵トルクＴｈはアシストトルク演算部
５８に入力し、自動操舵モードの場合にハンドル９側に
作用する操舵反力に応じた操舵トルクＴｈを検出し、こ
の操舵反力を相殺するようなアシストトルクＴａを演算
する。そして駆動部５９によりトルクＴａに応じた電流
Ｉｓをトルク制御モータ３８に供給するように構成され
る。

【００１９】上記制御系において、急転舵の自動操舵制
御ついて説明する。ギヤ比可変機構２５は、自動操舵の
場合にトルク制御モータ３８を操舵制御モータ３６と同
一方向にトルクアシストすることで、ハンドル側が固定
制御される。またトルク制御モータ３８を操舵制御モー
タ３６と同一方向に積極的に回転すると、タイヤ側のリ
ングギヤ３２をサンギヤ３１とピニオン３３で回転して
転舵するのに加えて、それより大径のキャリア３４でも
同一方向に回転して、操舵反力を受けながら転舵量や舵
力を増大することができる。

【００２０】そこで実舵角Ｑｐが入力する舵角速度検出
部６０を有して、舵角速度ωｐを検出する。この舵角速
度ωｐとモード信号は急転舵判定部６１に入力し、自動
操舵モードの場合に舵角速度ωｐにより転舵状態を判断
する。そして舵角速度ωｐが設定値ａより大きい場合
は、衝突回避等の場合の急転舵を判定する。この急転舵
信号は回転制御部６２に入力し、トルク制御モータ３８
を操舵制御モータ３６と連動して同一方向に回転するよ
うに構成される。

【００２１】次に、この実施例の作用について説明す
る。先ず、車両走行時にドライバが選択スイッチ４５を
ＯＦＦすると、自動操舵制御ユニット１７は手動操舵モ
ードになり、操舵制御モータ３６に所定電流が流れて自
動操舵パワーユニット１４のギヤ比可変機構２５のモー
タ軸２４とサンギヤ３１が固定される。またトルク制御
モータ３８は不作動し、ハンドル９の入力軸２１がフリ
ーの状態になる。そこでドライバが図５（ａ）のように
ハンドル９を握って操舵すると、入力軸２１とギヤ比可
変機構２５の第１と第２のギヤ２６，２７、固定したサ
ンギヤ３１に対するプラネタリギヤ３０の作動で出力軸
２２が同一方向に回転し、油圧パワーステアリング機構
２３の作動で前輪５が左右に自由に転舵される。

【００２２】また選択スイッチ４５をＯＮすると、自動
操舵モードに切換わる。このため自動操舵制御ユニット
１７では画像認識制御ユニット１５からの画像データに
より所定距離位置Ｄの白線等の目標軌道Ｌ１が設定さ
れ、車速Ｖと実舵角Ｑｐにより車両１の所定距離位置Ｄ
での予測軌道Ｌ２が算出される。そして目標軌道Ｌ１と
予測軌道Ｌ２のずれ幅ｅに応じて指示舵角φが算出さ
れ、この指示舵角φと実舵角Ｑｐに基づく制御量の電流
Ｉｐが操舵制御モータ３６に流れる。このためギヤ比可
変機構２５では、操舵制御モータ３６が作動してウォー
ムギヤ３５、モータ軸２４及びサンギヤ３１が回転する
が、このときリングギヤ３２にはタイヤ側の大きい負荷
がかかっているため、キャリア３４等が逆転してこの場
合の操舵反力がハンドル９側に作用する。

【００２３】そこで操舵トルクセンサ４１によりこの場
合の操舵反力が検出され、操舵反力を相殺するようなア
シストトルクＴａが演算され、このトルクＴａに応じた
電流Ｉｓがトルク制御モータ３８に流れる。そしてトル
ク制御モータ３８とウォームギヤ３７が作動して、入力
軸２１、第１のギヤ２６、キャリア３４等を固定するよ
うにトルクアシストされる。このため操舵制御モータ３
６によるサンギヤ３１の回転で、タイヤ側の負荷に抗し
てリングギヤ３２、第２のギヤ２７及び出力軸２２が回
転し、図５（ｂ）のようなハンドル手離の状態で前輪５
が操舵信号に応じて自動的に転舵される。こうしてドラ
イバがハンドル９を操作しなくとも、車両１は前輪５が
道路の白線に沿うように転舵して安全に車線追従走行さ
れる。

【００２４】また急転舵の場合の制御を、図６のフロー
チャートを用いて説明する。先ず、ステップＳ１で自動
操舵モードを判断すると、ステップＳ２に進んで操舵制
御モータ３６を回転制御し、ステップＳ３でトルク制御
モータ３８をトルク制御してそれぞれ作動する。その後
ステップＳ４に進み舵角速度ωｐを設定値ａと比較し、
設定値ａ以下の通常の緩やかな転舵の場合はステップＳ
２に戻る。

【００２５】ここで一般道での走行時に車両１の前方に
障害物が存在すると、その障害物に対して衝突を回避す
るように指示舵角φが大きく増減して算出され、このた
め操舵制御モータ３６も回転が大きく増減して急転舵さ
れ、舵角速度ωｐも増大する。そこで舵角速度ωｐが設
定値ａ以上になってこの衝突回避等の急転舵を判定する
と、ステップＳ４からステップＳ５に進んでトルク制御
モータ３８を操舵制御モータ３６と連動して同一方向に
回転制御する。

【００２６】そこでギヤ比可変機構２５は、図７のよう
に作動する。即ち、操舵制御モータ３６によりプラネタ
リギヤ３０のサンギヤ３１が例えば矢印のように右回転
すると、ピニオン３３の左回転でリングギヤ３２が左回
転し、このため出力軸２２がモータ３６と同一に右回転
して転舵される。このときトルク制御モータ３８も連動
して右回転するため、第１のギヤ２６によりキャリア３
４が左回転してピニオン３３が左方向に遊星回転され
る。そこでリングギヤ３２の左回転は増速され、サンギ
ヤ３１とそれより大径のキャリア３４により回転力も増
大され、こうして操舵制御モータ３６とトルク制御モー
タ３８の両者により操舵反力を受けつつ強固に転舵され
る。従って、操舵制御モータ３６の負荷を軽減しつつ、
２つのモータ３６，３８の大きい舵力により迅速に転舵
して、障害物に対し確実に衝突が回避される。

【００２７】以上、本発明の実施例について説明した
が、ギヤ比可変機構の構成の異なる場合にも適応でき
る。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によると、
操舵制御モータとトルク制御モータを作動して自動操舵
する自動操舵装置において、舵角速度の大きい急転舵の
場合は操舵制御モータとトルク制御モータの両方で操舵
するので、操舵制御モータの負荷を確実に軽減しつつ舵
力を増大することができ、このため高出力モータが不要
になってコスト的にも有利になる。また舵力の増大で適
確に急転舵して、車両前方の障害物に対して衝突を回避
することができる。ギヤ比可変機構の構造を利用してト
ルク制御モータを回転制御する方法であるから、操舵反
力を受けつつ舵力等を充分に増大することができ、制御
も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動操舵装置の制御方法に適した
自動操舵制御ユニットの実施例を示すブロック図であ
る。

【図２】ＡＤＡシステムの全体の概略を示す構成図であ
る。

【図３】自動操舵パワーユニットを示す構成図である。

【図４】自動操舵制御の概念図である。

【図５】手動操舵と自動操舵の状態を示す図である。

【図６】急転舵の場合の自動操舵制御を示すフローチャ
ートである。

【図７】ギヤ比可変機構の作動状態を示す図である。

【符号の説明】

１車両９ハンドル１０ステアリング装置１４自動操舵パワーユニット１５画像認識制御ユニット１７自動操舵制御ユニット２５ギヤ比可変機構３６操舵制御モータ３８トルク制御モータ６０舵角速度検出部６１急転舵判定部６２回転制御部

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両のステアリング装置に操舵制御モー
タとトルク制御モータを備えて自動的に操舵するギヤ比
可変機構が設けられ、自動操舵モードの場合に車両前方
の画像データ、車速、実舵角の信号により操舵制御モー
タを回転制御し、トルク制御モータをトルク制御して、
走行中の車両をハンドル操作なしで道路の白線等に沿う
ように自動操舵する自動操舵装置において、自動操舵モ
ードの際に実舵角の舵角速度が設定値より大きいか否か
を判断し、設定値より大きい場合は急転舵を判定して、
トルク制御モータを操舵制御モータと連動して同一転舵
方向に回転制御することを特徴とする自動操舵装置の制
御方法。
【請求項２】トルク制御モータは、通常の自動操舵モ
ードの場合にアシストトルクを付与して操舵反力を相殺
するようにトルク制御し、急転舵の場合に操舵制御モー
タと同一方向に回転して舵力を増大するように回転制御
することを特徴とする請求項１記載の自動操舵装置の制
御方法。