JPH07156818A - 車両用自動操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、車両用自動操舵装置に関し、車両
の微少な変化では操舵系に応答せずに滑らかで安定した
操舵を行なえるようにすることを目的とする。 【構成】 操舵輪を転舵する操舵アクチュエータ２Ａ
と、道路状況を認識する道路状況認識手段４と、操舵ア
クチュエータ２Ａを制御する操舵制御手段５とをそな
え、道路状況認識手段４に偏向角検出手段４Ａを設ける
とともに、操舵制御手段５が、検出偏向角値を操舵制御
用偏向角値に変換する偏向角値変換手段５Ｂと、操舵ア
クチュエータ２Ａの制御量を設定する制御量設定手段５
Ａとをそなえ、偏向角値変換手段５Ｂに検出偏向角値が
所定値以下であると操舵制御用偏向角値を０にする不感
帯と、検出偏向角値が所定値よりも大きいとこの検出偏
向角値に応じて操舵制御偏向角値を増減させ検出偏向角
値が減少傾向と増加傾向とで異なる特性で操舵角を増減
させるヒステリシスとを設けて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車に用いて好適の
車両用自動操舵装置に関し、特に、道路の基準線と曲率
とを認識して滑らかに操舵できるようにした、車両用自
動操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車にそなえられた操舵機構に
おいて、例えば車両に各種のセンサを設け、これらのセ
ンサからの情報に基づいて制御信号を設定し、油圧や電
動モータ等により操舵機構を積極的、且つ自動的に操舵
させるような自動操舵装置又は自動操舵装置付き車両が
多数提案されている。

【０００３】このような自動操舵装置の一例として、例
えば車両にカメラをそなえ、このカメラからの画像情報
に基づいて道路白線を認識することができるようなもの
がある。そして、このような装置では、道路白線と車両
の向きとから偏向角（車両の白線に対する角度）及び横
ズレ量（横変位）を検出し、これら偏向角と横ズレ量と
をパラメータとして目標操舵角を設定して、この目標操
舵角に基づいて操舵アクチュエータを制御している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、車両のカー
ブ進入時に相応の自動操舵を行なえるように、目標操舵
角の設定にあたり偏向角ゲインを大きくする必要があ
る。しかしながら、このように偏向角ゲインを大きくす
ると、車両の微少な変化をセンサ（主にカメラ）が検出
することによる影響や、操舵アクチュエータ等の制御系
における精度の誤差等により操舵系が振動してしまい、
特に直進時や定常円旋回の走行時にふらつき感が生じて
しまうという課題がある。

【０００５】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、車両の微少な変化に対して操舵系が応答しな
いようして、滑らかで、安定した操舵を行なえるように
した、車両用自動操舵装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の車両
用自動操舵装置は、車両の操舵輪を転舵する操舵アクチ
ュエータと、該車両の前方の道路状況を認識する道路状
況認識手段と、該道路状況認識手段からの情報に基づい
て、該車両の操舵角が所要の状態になるように、該操舵
アクチュエータの駆動を制御する操舵制御手段とをそな
え、該道路状況認識手段に、該車両前方の道路方向に対
する該車両の偏向角を検出する偏向角検出手段が設けら
れるとともに、該操舵制御手段が、該偏向角検出手段か
らの偏向角情報に基づいて、検出偏向角値を操舵制御用
偏向角値に変換する偏向角値変換手段と、該偏向角値変
換手段で変換された操舵制御用偏向角値に基づいて、該
操舵アクチュエータの制御量を設定する制御量設定手段
とをそなえ、該偏向角値変換手段における変換特性とし
て、該検出偏向角値の大きさが所定値以下の領域では操
舵制御用偏向角値を０に保持する不感帯が設けられ、該
検出偏向角値の大きさが所定値よりも大きい領域では該
検出偏向角値に応じて操舵制御用偏向角値を増減させ、
該検出操舵角値の大きさが減少傾向にある時と増加傾向
にある時とで異なる特性で操舵制御用偏向角値を増減さ
せるヒステリシスが設けられていることを特徴としてい
る。

【０００７】

【作用】上述の本発明の車両用自動操舵装置では、車両
の前方の道路状況を認識する道路状況認識手段に設けら
れた偏向角検出手段により、車両前方の道路方向に対す
る車両の偏向角が検出されると、この偏向角情報が操舵
制御手段に取り込まれる。そして、操舵制御手段に設け
られた偏向角値変換手段において、この偏向角情報に基
づいて、検出偏向角値が操舵制御用偏向角値に変換され
る。

【０００８】この操舵制御用偏向角値は、検出偏向角値
の大きさが所定値以下の領域では不感帯により０に設定
され、検出偏向角値の大きさが所定値よりも大きい領域
では検出偏向角値に応じて増減される。また、検出操舵
角値の大きさが減少傾向にある時と、増加傾向にある時
とでは、ヒステリシスの設定により異なる特性で操舵制
御用偏向角値を増減させる。したがって、検出操舵角値
が微少に変化しても操舵制御用偏向角値は変化しない。

【０００９】そして、このように偏向角値変換手段で変
換された操舵制御用偏向角値に基づいて、制御量設定手
段において操舵アクチュエータの制御量が設定され、車
両の操舵輪が転舵される。

【００１０】

【実施例】以下、図面により、本発明の一実施例として
の車両用自動操舵装置について説明すると、図１はその
機能構成を模式的に示す機能ブロック図、図２はその検
出偏向角値から操舵制御用偏向角値への変換時の特性を
示すグラフ、図３はその概略構成を車両に搭載して示す
模式的な構成図、図４はその作用を説明するための図で
あって屈曲路の一例を示す模式図、図５はその作用を説
明するためのグラフであって図４に示す屈曲路を走行し
た場合の操舵特性を示すグラフである。

【００１１】図１及び図３に示すように、車両１には、
操舵輪２を転舵させるための操舵アクチュエータ２Ａ
と、この車両前方の道路状態を撮像するカメラ３と、こ
のカメラ３からの画像情報を処理する道路状況認識手段
４と、操舵アクチュエータ２Ａに対して制御信号を設定
する操舵制御手段５とがそなえられている。つまり、こ
の車両１は、カメラ３で撮像された画像に基づいて操舵
輪２を自動的に転舵させるような自動操舵車両であり、
操舵制御手段５には、道路状況認識手段４からの情報に
基づいて操舵輪２を制御するための制御量を設定する制
御量設定手段５Ａが設けられている。

【００１２】そして、この制御量設定手段５Ａにより制
御量として目標操舵角が設定され、この目標操舵角の設
定量に応じて操舵アクチュエータ２Ａが作動するように
なっているのである。さて、通常ドライバが、操舵操作
（舵角の変更）を行なうのは、主に、車両１の走行方向
が走行している道路（走行レーン）の方向と合わなくな
ったときにこれを修正しようとする場合と、これに加え
て、車両１が走行レーンを横方向（左右外方）にずれた
時にこれを修正しようとする場合とが考えられる。走行
方向が走行レーン方向と合わなくなるのは、曲走路の走
行中が考えられるが、直走路を走行しているときにも車
両自体の姿勢がヨー方向に動くことで走行方向が走行レ
ーン方向から外れる場合もある。

【００１３】そこで、本装置では、主として、車両１の
走行方向を走行レーンの方向と合わせるように操舵を行
なって、これに、車両１の横方向位置の修正のための操
舵要素を付加するようになっている。ここで、まずドラ
イバの視覚系に対応する道路状況認識手段４について説
明する。図１に示すように、この道路状況認識手段４に
は、車両１の偏向角θと横ずれ量Δｅとを検出する偏向
角検出手段４Ａがそなえられており、上述のカメラ３と
偏向角検出手段４Ａとから道路状況認識手段４が構成さ
れている。そして、道路の状態がカメラ３により撮像さ
れると、このカメラ３からの画像情報が偏向角検出手段
４Ａに取り込まれ、カメラ３からの原画像があたかも上
方から見たような平面視画像（図１参照）として変換さ
れるようになっている。

【００１４】そして、偏向角検出手段４Ａでは、平面視
画像に基づいて車両１から所定距離だけ離れた地点にお
ける偏向角θを検出するようになっている。なお、この
偏向角θは、道路の路側（又は中心線）の接線と車両中
心線とがなす角である。この偏向角θは、例えば以下の
ようにして検出される。つまり、車両から所定距離だけ
離れた道路端の第１の地点（第１検出点）と、この地点
よりもさらに車両１から所定量離れた道路端の第２の地
点（第２検出点）とを検出し、この２点を直線で結んで
この直線と車両の向きとがなす角度θを偏向角として検
出するようになっている。

【００１５】また、図示はしないが、この車両１には、
横偏差検出手段が設けられている。この横偏差検出手段
は、車両１がレーン中心８に対してどの程度横方向にず
れているか、その横ずれ量（横偏差）Δｅを検出するも
のであり、偏向角検出手段４Ａにおいてカメラ３からの
現画像から変換された平面視画像に基づいて、この横偏
差Δｅの値が検出されるようになっている。

【００１６】この例では、道路中央の白線１２を基準線
として、この基準線から左へ一定距離（＝レーン幅の約
半分の距離）の位置を自車レーンの中心８と仮定するよ
うになっている。そして、この道路中心８から自車両１
の左右中心までの距離が横偏差として検出されるように
なっている。なお、ここではカメラ３が自車両１の左右
中心と一致するように設置されている。

【００１７】また、この横偏差Δｅは車両から所定距離
前方の位置で検出するため、図１に示すように車両前方
で道路が屈曲している場合は、直線路の場合よりも横偏
差Δｅは大きな値で検出される。そして、このようにし
て、偏向角θと横偏差Δｅとが検出されると、制御量設
定手段５において、偏向角θや横偏差Δｅを０に近づけ
るための制御指令値が設定されるようになっている。そ
して、この制御指令値に応じて操舵アクチュエータ２Ａ
が制御され、この指令値を通じた操舵制御により車両１
の横偏差が減少して、車両１の走行位置を道路の走行車
線の中央に修正するようになっている。

【００１８】次に、操舵制御手段５について説明する。
図１に示すように、この操舵制御手段５は、最終的に操
舵角を設定する制御量設定手段５Ａと偏向角値変換手段
５Ｂと横ずれゲイン設定部５Ｃと偏向角ゲイン設定部５
Ｄとをそなえている。操舵角設定部５Ａでは、以下のよ
うにして操舵角δが設定される。つまり、偏向角θと横
偏差Δｅとが検出されると、まず横偏差Δｅの情報に基
づいて、横ずれゲイン設定部５Ｃにより横ずれゲインＫ
１が設定されるようになっている。

【００１９】一方、偏向角検出手段４Ａからの偏向角θ
の情報は、偏向角値変換手段５Ｂに入力される。偏向角
値変換手段５Ｂでは、この検出偏向角値θを実際に操舵
制御に用いる偏向角値（以下、操舵制御用偏向角値とい
う）θ′に変換するようになっており、この操舵制御用
偏向角値θ′に基づいて偏向角ゲイン設定部５Ｄにより
偏向角ゲインＫ２が設定されるようになっている。

【００２０】このように偏向角値変換手段５Ｂにより偏
向角検出手段４Ａで検出された偏向角値θを操舵制御用
偏向角値θ′に変換するのは、検出偏向角値θをそのま
ま操舵制御データとして用いると、偏向角θが微少に変
化した場合であってもこれに応じて操舵制御量が設定さ
れてしまい、装置自体が過敏なものに成り過ぎてしまう
のでこれを回避するためである。

【００２１】このため、この偏向角値変換手段５Ｂで
は、所定値θ１以下の微少な偏向角値は、制御用偏向角
として０を保持するような不感帯が設定されているので
ある。この不感帯は、図２に示すように、−θ１≦θ≦
θ１の範囲で設定されており、偏向角θがこの範囲外に
なると、その偏向角に応じて操舵制御用偏向角値θ′が
設定されるのである。なお、図２のグラフは、図１中の
偏向角値変換手段５Ｂに示す偏向角値変換特性を拡大し
て示すものである。

【００２２】また、この偏向角値変換手段５Ｂでは、偏
向角θの大きさが減少傾向にある時と、増加傾向にある
時とで異なる特性で操舵角を増減させるようなヒステリ
シスが設けられている。例えば、図２の偏向角値変換手
段５Ｂの特性図に示すように、偏向角θが増加傾向にあ
る時は、偏向角θが上述の所定値θ１以上になると、除
々に操舵制御用偏向角値θ′が増加していくようになっ
ている。そして、この後偏向角θが減少しだすと、偏向
角値変換手段５Ｂではすぐに操舵制御用偏向角値θ′を
減少させるのではなく、暫くは偏向角θが減少し始める
直前に設定された操舵制御用偏向角値θ′を保持し、そ
の後操舵制御用偏向角値θ′を減少させるようになって
いる。

【００２３】なお、図２に示す偏向角値変換特性は、そ
の一例として、θ１＝１．０ｄｅｇ，偏向角θが増加傾
向にある時の偏向角値変換係数は０．９２５，偏向角θ
が減少傾向にある時の偏向角値変換係数は１．０７５に
設定されている。そして、これらの情報により、偏向角
ゲイン設定部５Ｄにおいて偏向角ゲインＫ２が設定され
ると、制御量設定手段５Ａでは、例えば下式（１）にし
たがって操舵角制御量を設定する。

【００２４】 操舵角制御量＝Ｋ１・Δｅ＋Ｋ２・θ′ ・・・・（１） このようにして操舵角制御量が設定されると、この操舵
角制御量に対応した指令値が操舵アクチュエータ２Ａに
伝達され、この操舵アクチュエータ２Ａは、この指令値
にしたがって操舵輪２を転舵させるようになっている。
本発明の一実施例としての車両用自動操舵装置は、上述
のように構成されているので、道路の状態がカメラ３に
より撮像されると、このカメラ３からの画像情報は偏向
角検出手段４Ａに取り込まれ、カメラ３からの原画像が
上方から見たような平面視画像として変換される。そし
て、偏向角検出手段４Ａにおいて、平面視画像に基づい
て偏向角θと横ずれ量（横偏差）Δｅとが検出される。

【００２５】また、制御量設定手段５では、偏向角θと
横偏差Δｅとが検出されると、偏向角ゲインＫ２と横偏
差ゲインＫ１とが設定される。すなわち、横ずれゲイン
設定部５Ｃでは、横偏差Δｅの情報に基づいて横ずれゲ
インＫ１を設定する。そして、横ずれゲインＫ１が設定
されると、この情報が制御量設定手段５Ａに伝達され
る。

【００２６】一方、偏向角θが検出されると、この偏向
角θの情報が偏向角値変換手段５Ｂに入力される。そし
て、この偏向角値変換手段５Ｂにおいて、偏向角値θを
実際に操舵制御に用いる偏向角値θ′に変換した後、偏
向角ゲイン設定部５Ｄにおいて、この操舵制御用偏向角
値θ′に基づいた偏向角ゲインＫ２が設定される。とこ
ろで、上述の偏向角値変換手段５Ｂには不感帯が設けら
れ、偏向角θが所定値θ１以下の微少な値の場合は、制
御用偏向角値は０に設定される。また、偏向角θの大き
さがこの所定値θ１のよりも大きい場合は、その偏向角
値に応じて操舵制御用偏向角値θ′が設定される。

【００２７】さらに、この偏向角値変換手段５Ｂでは、
偏向角θを設定する特性として、ヒステリシスが設けら
れており、偏向角θの大きさが減少傾向にある時と、増
加傾向にある時とで異なる特性で制御用偏向角θ′が設
定される。つまり、このヒステリシスの特性により、例
えば偏向角θの大きさが増加傾向から減少傾向に転じた
直後は、制御用偏向角θ′はそれまでの設定値を暫く保
持してから減少傾向に転じるような特性に設定されてい
る。

【００２８】そして、偏向角ゲイン設定部５Ｄにおい
て、上述のようにして設定された制御用偏向角θ′に基
づいて偏向角ゲインＫ２が設定され、この後、この偏向
角ゲインＫ２の情報が制御量設定手段５Ａに伝達され
る。そして、制御量設定手段５Ａでは、これらの横ずれ
ゲインＫ１及び偏向角ゲインＫ２を用いて、偏向角θや
横偏差Δｅを０に近づけるための制御指令値が設定され
る。つまり、ゲインＫ１，Ｋ２が設定されると、制御量
設定手段５Ａでは、例えば前述の式（１）にしたがって
操舵角制御量を設定する。

【００２９】このようにして操舵角制御量が設定される
と、この制御量に対応した指令値が操舵アクチュエータ
２Ａに伝達され、この操舵アクチュエータ２Ａは、この
指令値にしたがって操舵輪２を転舵させるのである。一
般にドライバは、カーブ進入時にそのカーブの曲率に応
じた舵角で操舵を行ない、その後は、車両の向き（偏向
角）の微少な変化に対しては反応せず、横ずれの補正の
みで一定舵角を保持する傾向にある。

【００３０】そこで、本発明では、偏向角ゲインＫ２を
算出するために用いる制御用偏向角値θ′の値を、前述
したように不感帯及びヒステリシスを有する偏向角値変
換手段５Ｂにより設定することにより、車両１の走行に
伴う外乱の影響（例えば、車両１の揺れ等）により生じ
る検出操舵角θの微少な変化に対して、車両１が過度に
敏感に反応することがなくなり、安定した操舵を得るこ
とができるのである。そして、これにより、走行時のふ
らつき感をなくすことができ、車両１の操舵をより自然
なフィーリングにすることができる。また、このような
偏向角値変換手段５Ｂの特性により、よりドライバ操舵
に近い自動操舵特性とすることができるのである。

【００３１】また、上述したような操舵角制御量の設定
により、図４に示すような屈曲路を走行した場合、図５
に示すような操舵特性を得ることができる。ここで、図
５に示す線ａは、不感帯やヒステリシスを用いず、検出
された偏向角θから直接偏向角ゲインＫ２を設定してい
る場合（以降、通常の自動操舵という）の操舵角特性で
あって、線ｂは、本装置における自動操舵の操舵角特性
であり、線ｃは、ドライバ操舵による操舵特性である。
また、図５の横軸は時間、縦軸は操舵角を示しており、
図５におけるＡ，Ｂ，Ｃは、図４におけるＡ，Ｂ，Ｃの
各地点に対応している。

【００３２】図５に示すように、Ａ地点における操舵特
性は、線ａ，ｂ，ｃとも大差ないものであるが、Ｂ地点
のカーブを通過後は、線ａに示す通常の自動操舵ではハ
ンドル角が振動して、車両１の走行にふらつき感が生じ
ている。これに対して、線ｂに示すように、本装置の自
動操舵では、ハンドル角の振動が減少して、ほぼドライ
バ操舵（線ｃ）と同じ特性とすることができるのであ
る。

【００３３】また、図４及び図５におけるＣ地点はカー
ブの出口付近を示しているが、図５に示すように、本装
置の自動操舵の特性では、切り戻しが多少遅れて表れて
おり、やはりドライバ操舵特性に近づけることができる
のである。これに対して、通常の自動操舵では、線ａに
示すように、ハンドルの戻しに遅れが生じることがない
ので、操舵感が不自然なものとなっているのである。

【００３４】このように本装置を用いると、偏向角値変
換手段５Ｂにそなえられた不感帯により操舵直後のハン
ドル角の振動がなくなり、定常円旋回時や、直進時等に
おける車両１のふらつき感を防止することができるよう
になる。また、偏向角値変換手段５Ｂにそなえられたヒ
ステリシスによりカーブ脱出後の操舵がドライバ操舵と
ほぼ同じ特性になり、自然な操舵特性とすることができ
るのである。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の車両用自
動操舵装置によれば、車両の操舵輪を転舵する操舵アク
チュエータと、該車両の前方の道路状況を認識する道路
状況認識手段と、該道路状況認識手段からの情報に基づ
いて、該車両の操舵角が所要の状態になるように、該操
舵アクチュエータの駆動を制御する操舵制御手段とをそ
なえ、該道路状況認識手段に、該車両前方の道路方向に
対する該車両の偏向角を検出する偏向角検出手段が設け
られるとともに、該操舵制御手段が、該偏向角検出手段
からの偏向角情報に基づいて、検出偏向角値を操舵制御
用偏向角値に変換する偏向角値変換手段と、該偏向角値
変換手段で変換された操舵制御用偏向角値に基づいて、
該操舵アクチュエータの制御量を設定する制御量設定手
段とをそなえ、該偏向角値変換手段における変換特性と
して、該検出偏向角値の大きさが所定値以下の領域では
操舵制御用偏向角値を０に保持する不感帯が設けられ、
該検出偏向角値の大きさが所定値よりも大きい領域では
該検出偏向角値に応じて操舵制御用偏向角値を増減さ
せ、該検出操舵角値の大きさが減少傾向にある時と増加
傾向にある時とで異なる特性で操舵制御用偏向角値を増
減させるヒステリシスが設けられるという構成により、
車両の微少な変化に対しては操舵が応答しなくなり、例
えば操舵直後のハンドル角の振動が低減され、車両のふ
らつき感の発生が防止され、滑らかで安定した操舵特性
が得られる。また、カーブ脱出後の操舵特性をドライバ
操舵特性に近似させることができ自然な操舵特性を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての車両用自動操舵装置
における機能構成を模式的に示す機能ブロック図であ
る。

【図２】本発明の一実施例としての車両用自動操舵装置
における検出偏向角値の変換特性の一例を示すグラフで
ある。

【図３】本発明の一実施例としての車両用自動操舵装置
における概略構成を車両に搭載して示す模式的な構成図
である。

【図４】本発明の一実施例としての車両用自動操舵装置
における作用を説明するための図であって屈曲路の一例
を示す模式図である。

【図５】本発明の一実施例としての車両用自動操舵装置
における作用を説明するためのグラフであって図４に示
す屈曲路を走行した場合の操舵特性を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ 車両 ２ 操舵輪 ２Ａ 操舵アクチュエータ ３ カメラ ４ 道路状況認識手段 ４Ａ 偏向角検出手段 ５ 操舵制御手段 ５Ａ 制御量設定手段 ５Ｂ 偏向角値変換手段 ５Ｃ 横ずれゲイン設定部 ５Ｄ 偏向角ゲイン設定部 ８ 自車レーンの中心 １２ 道路中央の白線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青野 和彦 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 山田 喜一 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の操舵輪を転舵する操舵アクチュエ
   ータと、 該車両の前方の道路状況を認識する道路状況認識手段
   と、 該道路状況認識手段からの情報に基づいて、該車両の操
   舵角が所要の状態になるように、該操舵アクチュエータ
   の駆動を制御する操舵制御手段とをそなえ、 該道路状況認識手段に、該車両前方の道路方向に対する
   該車両の偏向角を検出する偏向角検出手段が設けられる
   とともに、 該操舵制御手段が、 該偏向角検出手段からの偏向角情報に基づいて、検出偏
   向角値を操舵制御用偏向角値に変換する偏向角値変換手
   段と、 該偏向角値変換手段で変換された操舵制御用偏向角値に
   基づいて、該操舵アクチュエータの制御量を設定する制
   御量設定手段とをそなえ、 該偏向角値変換手段における変換特性として、該検出偏
   向角値の大きさが所定値以下の領域では操舵制御用偏向
   角値を０に保持する不感帯が設けられ、該検出偏向角値
   の大きさが所定値よりも大きい領域では該検出偏向角値
   に応じて操舵制御用偏向角値を増減させ、 該検出操舵角値の大きさが減少傾向にある時と増加傾向
   にある時とで異なる特性で操舵制御用偏向角値を増減さ
   せるヒステリシスが設けられていることを特徴とする、
   車両用自動操舵装置。