JPH0826127A - 自動操舵装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動操舵装置を制御し始めるシステム起動時
の原点出し、ドライバの操舵意志を判断する閾値の設定
を適確に行う。 【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、ドライバのハンドル操作により操舵する
と共に、車両前方の画像データにより操舵制御モータ３
６を回転制御してタイヤ側を自動操舵し、トルク制御モ
ータ３８でハンドル側のトルクを制御する。そしてシス
テム起動時にドライバがハンドル９を握っているか否か
を判断し、手放しの場合はトルク制御モータ３８でハン
ドル側入力軸２１を回転し、握っている場合は操舵制御
モータ３８によりタイヤ側出力軸２２を回転して、入、
出力軸２１，２２の位置を合わせるように原点出しを行
う。

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、自動操
舵装置を制御し始めるシステム起動時の原点出しやドラ
イバの操舵意志を判断する閾値の設定方法に関する。

【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、ハンドル修正したり、自動操舵により障害物
回避をするものである。限定自動走行機能は、ドライバ
に代わり自動操舵して車線逸脱防止しながら先行車との
安全車間距離を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開平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４−３５６２７３号公報で
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。そして操舵制御モータとトルク制
御モータの一方または両方を制御し、且つギヤ比可変機
構を作動して、マニュアル操舵と自動操舵を可能にす
る。また自動操舵モードでは、２つのモータの制御方法
により種々の形態でドライバに運転支援することが可能
になっている。

【０００５】従って、今後はドライバに対する運転支援
のあり方を具体的に決定して、そのための制御方法を確
立することが要求される。そこで運転支援のあり方とし
ては、ドライバの操舵意志と手放しをトルクセンサ信号
等により判断し、手放し以外ではドライバ優先でマニュ
アル操舵し、勝手に自動操作してドライバの意志と反発
したり、うるさがられることを避ける。この場合にドラ
イバの年齢、性別等によりハンドル操作の際の腕力が比
較的大きく異なるため、自動操舵装置を制御し始めるシ
ステム起動時にドライバ操舵意志と手放しを判断する閾
値を、個々のドライバ毎に設定することが望まれる。ま
たシステム起動時にはハンドル側入力軸とタイヤ側出力
軸の回転方向の位置を合わせて原点出しを行う必要があ
るが、この場合にハンドル側のトルク制御モータとタイ
ヤ側の操舵制御モータを使い分けて、モータ側の負担を
軽減して迅速に制御することが望まれる。

【０００６】従来、上記自動操舵装置の制御に関して
は、例えば特開平４−３００７８１号公報の先行技術が
ある。この先行技術において、外界認識手段により外界
を認識し、この認識結果の画像データに基づいて走行系
路を認識し、走行系路に対する車両位置のずれ量を算出
し、このずれ量とステアリング操作状態に基づいて自動
操舵アクチュエータを制御して車両の操舵を制御するこ
とが示されている。

【０００７】

【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、画像データに基づく走行系路と自
車両の姿勢とのずれ量により、常に車両を自動的に操舵
して、ドライバのハンドル操作の不備を機械的に補正す
る制御方法である。従って、ドライバのハンドル操作の
意志がある場合に、その意志を尊重してマニュアル操舵
でステアリング制御することができない。また原点出し
やドライバの操舵意志を判断する制御には適応できな
い。

【０００８】本発明は、このような点に鑑み、自動操舵
装置を制御し始めるシステム起動時の原点出し、ドライ
バの操舵意志を判断する閾値の設定を適確に行うことを
目的とする。

【０００９】

【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たギヤ比可変機構を設けて、ド
ライバのハンドル操作により操舵すると共に、車両前方
の画像データにより操舵制御モータを回転制御してタイ
ヤ側を自動操舵し、トルク制御モータでハンドル側のト
ルクを制御する自動操舵装置において、自動操舵装置を
制御し始めるシステム起動時にドライバがハンドルを握
っているか否かを判断し、手放しの場合はトルク制御モ
ータでハンドル側入力軸を回転し、握っている場合は操
舵制御モータによりタイヤ側出力軸を回転して、入、出
力軸の原点出しを行うことを特徴とする。

【００１０】

【作用】上記制御方法による本発明では、エンジンスタ
ート直後で自動操舵装置を制御し始めるシステム始動時
に、ハンドル側入力軸とタイヤ側出力軸を位置合わせす
るように原点出しが行われる。このときハンドルがフリ
ーの手放しの場合は、トルク制御モータでハンドル側入
力軸を回転することで、モータに負担がかからない状態
で迅速に原点出しが行われる。またドライバがハンドル
を握っている場合は、操舵制御モータによりタイヤ側出
力軸を回転して原点出しが行われるが、このときトルク
制御モータの作動と操舵トルクセンサの信号によりハン
ドル握りを判断することで、２つのモータの作動チャッ
クを行うことが可能となる。

【００１１】

【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。

【００１２】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。

【００１３】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、衝突を未然に防止して安
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。そしてドライバのハンドル手放しの場合にも、
安全に車線追従走行することを可能に構成される。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】制御系として、入力軸２１にはハンドル操
舵角Ｑｈとその角速度ωｈを検出する操舵角センサ４
０、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にはタイヤ転舵角Ｑｐとその角速
度ωｐ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することで、操舵制
御モータ３６とトルク制御モータ３８を制御するように
構成される。

【００１８】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、エンジンスタート直後で自動
操舵装置を制御し始めるシステム起動時に作動する原点
出し制御部５０と閾値設定部５１を有する。原点出し制
御部５０は、トルク制御モータ３８によりハンドル側の
入力軸２１を回転し、または操舵制御モータ３６により
タイヤ側の出力軸２２を回転して、ハンドル操舵角Ｑｈ
とタイヤ転舵角Ｑｐとが一致するように両軸２１，２２
を位置合わせする。閾値設定部５１は、安全な極低速時
にトルク制御モータ３８によりハンドル９を一時的に固
定し、このときの操舵トルクセンサ４１の信号により個
々のドライバのハンドル操作の際の腕力の大きさを調べ
る。そしてドライバの腕力に基づいて、ドライバの操舵
意志と手放しとを判断する閾値ａを定める。

【００１９】閾値ａ、操舵トルクＴｈ及び車速Ｖはモー
ド決定部５２に入力し、車両走行中に閾値ａとドライバ
の実際のハンドル操作の際の操舵トルクＴｈを比較し
て、ドライバの操舵意志を判断するとマニュアル操舵モ
ードに、手放しの場合は自動操舵モードに決定する。ま
たハンドル操舵角Ｑｈ、タイヤ転舵角Ｑｐ、車速Ｖ、画
像データの信号はステアリング制御部５３に入力し、原
点出し終了後に各モードに応じてモータ制御する。

【００２０】即ち、マニュアル操舵モードでは、操舵制
御モータ３６に所定の電流を供給してギヤ比可変機構２
５のサンギヤ３１を固定する。自動操舵モードでは、ト
ルク制御モータ３８によりハンドル９側に作用する操舵
反力を相殺するようなアシストトルクをかける。そして
画像データによる目標値と実際の車両の舵角から衝突や
車線逸脱を回避するための目標舵角を求め、この目標舵
角に応じた電流を操舵制御モータ３６に供給するように
構成される。

【００２１】次に、この実施例の作用を説明する。先
ず、図４のフローチャートを用いて原点出し制御につい
て説明すると、エンジンスタート直後にステップＳ１で
システムの電源をチェックして、ＯＦＦする場合はステ
ップＳ２へ進みステアリング制御を終了する。一方、シ
ステムの電源をＯＮして自動操舵装置を制御し始めるシ
ステム起動すると、ステップＳ３へ進んで原点出し動作
を準備し、ステップＳ４で先ずトルク制御モータ３８に
よりハンドル側の入力軸２１を回転する。このときドラ
イバがハンドル９を握っていると操舵トルクセンサ４１
の信号が出力し、手放しではセンサ信号が出力せず、こ
れによりドライバがハンドルを握っているか否かを判断
することができる。

【００２２】そこでステップＳ５で操舵トルクセンサ４
１の信号が一定時間出力したかをチェックして、センサ
信号が出力し無い手放しの場合はステップＳ６へ進み、
原点出しを完了しない場合は戻る。そしてステップＳ４
でトルク制御モータ３８による入力軸２１の回転でハン
ドル操舵角Ｑｈをタイヤ転舵角Ｑｐに合わせて原点出し
を行う。原点出しを完了すると、ステップＳ６からステ
ップＳ７へ進みステアリング制御初期設定を完了する。
こうしてハンドル手放しの場合は、トルク制御モータ３
８により原点出しが、モータに余分な負担のかからない
状態で迅速に行われる。

【００２３】センサ信号が出力してドライバがハンドル
９を握っていることを判断すると、ステップＳ５からス
テップＳ８へ進みトルク制御モータ３８による原点出し
を停止し、ステップＳ９で操舵制御モータ３６を作動し
て出力軸２２を回転すると共にタイヤ転舵する。そして
タイヤ転舵角Ｑｐをハンドル操舵角Ｑｈに合わせて原点
出しを行い、原点出しを完了すると、ステップＳ１０か
らステップＳ７へ進む。従って、この場合はタイヤ転舵
するためモータに負荷がかかり、操舵制御モータ３６の
操舵反力がハンドル側にも分散して遅くなるが、２つの
モータ３６，３８の作動チェックを行うことができる。

【００２４】図５のフローチャート用いて閾値設定制御
について説明すると、システム起動時はステップＳ１か
らステップＳ２０へ進み、前方に障害物が無く、車速が
例えば５ｋｍ／ｈ以下の安全な走行状態を判断すると、
ステップＳ２１へ進んでトルク制御モータ３８により入
力軸２１を固定する。このためドライバがハンドル９を
握って操作する際のその腕力を、操舵トルクセンサ４１
で直接検出することが可能になる。

【００２５】そこでステップＳ２２で操舵トルクセンサ
４１の信号が一定時間出力したかをチェックし、センサ
信号の操舵トルクＴｈを検出した場合は、ステップＳ２
３へ進んでトルク制御モータ３８による入力軸固定を停
止する。その後ステップＳ２４へ進んで操舵トルクＴｈ
によるドライバの腕力の大きさを学習し、これに基づい
て閾値ａを決定し、ステップＳ２５へ進んでステアリン
グ制御初期設定を完了する。こうしてドライバが年齢や
性別により腕力が異なる場合に、個々のドライバ毎にそ
の腕力に応じてドライバの操舵意志を判断する閾値ａが
設定される。

【００２６】更に、図６のフローチャートを用いてステ
アリング制御について説明すると、システム起動時はス
テップＳ１からステップＳ３０へ進んで操舵制御モータ
３６の作動を開始し、ステップＳ３１で操舵反力を相殺
するハンドル固定制御を開始し、ステップＳ３２でトル
ク制御モータ３８の作動を開始する。その後ステップＳ
３３で操舵トルクＴｈを閾値ａと比較し、Ｔｈ≧ａの場
合はドライバが実際にハンドル９を握っている操舵意志
を判断する。この場合はステップＳ３４へ進み操舵制御
モータ３６でサンギヤ３１を固定し、ステップＳ３５で
トルク制御モータ３８によるハンドル固定制御を停止
し、ステップＳ３６でマニュアル操舵モードに切換え
る。

【００２７】そこでドライバがハンドル操作すると、入
力軸２１とギヤ比可変機構２５の第１と第２のギヤ２
６，２７、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。こうしてドライバの操舵意志を判断する
と、そのドライバの意志を尊重しドライバのハンドル操
作を優先して操舵される。

【００２８】一方、Ｔｈ＜ａの場合はドライバの手放し
を判断して戻り、ステップＳ３０〜３２の２つのモータ
３６，３８の作動で自動操舵する。そこでギヤ比可変機
構２５では、操舵制御モータ３６の作動によりウォーム
ギヤ３５、モータ軸２４及びサンギヤ３１が回転する
が、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。このときトルク制御モ
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
クアシストされるため、操舵制御モータ３６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が回転して前輪５
が自動的に転舵される。このため手放しの場合にも、衝
突や車線逸脱等を回避するように安全に操舵制御され
る。

【００２９】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。

【００３０】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によると、
自動操舵装置においてシステム起動時にドライバがハン
ドルを握っているか否かを判断し、手放しの場合はトル
ク制御モータでハンドル側入力軸を回転して、入、出力
軸の原点出しを行うので、モータの負担を軽減して迅速
に原点出しを行うことができる。ハンドルを握っている
場合は操舵制御モータによりタイヤ側出力軸を回転して
原点出しを行うが、このときトルク制御モータの作動と
操舵トルクセンサの信号によりハンドル握りを判断する
ので、２つのモータの作動チェックを行うことも可能に
なる。操舵角センサと転舵角センサの信号を用いるの
で、位相角センサが不要になる。自動操舵装置を制御し
始めるシステム起動時には、更にトルク制御モータで入
力軸を一時的に固定して操舵トルクセンサの信号により
個々のドライバの腕力を調べ、このドライバの腕力に基
づいてドライバの操舵意志を判断する閾値を設定するの
で、ドライバの腕力が異なる場合の閾値を正確に設定で
きる。このためドライバの操舵意志を適切に判断して、
ドライバ優先の運転支援を行うことができる。

【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】原点出しの制御を示すフローチャートである。

【図５】閾値設定の制御を示すフローチャートである。

【図６】ステアリング制御を示すフローチャートであ
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 ２１ 入力軸 ２２ 出力軸 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 ５０ 原点出し制御部 ５１ 閾値設定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６２Ｄ 117:00 119:00 137:00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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たギヤ比可変機構を設け
   て、ドライバのハンドル操作により操舵すると共に、車
   両前方の画像データにより操舵制御モータを回転制御し
   てタイヤ側を自動操舵し、トルク制御モータでハンドル
   側のトルクを制御する自動操舵装置において、 自動操舵装置を制御し始めるシステム起動時にドライバ
   がハンドルを握っているか否かを判断し、手放しの場合
   はトルク制御モータでハンドル側入力軸を回転し、握っ
   ている場合は操舵制御モータによりタイヤ側出力軸を回
   転して、入、出力軸の原点出しを行うことを特徴とする
   自動操舵装置の制御方法。
2. 【請求項２】 システム起動時には、更にトルク制御モ
   ータで入力軸を一時的に固定して操舵トルクセンサの信
   号により個々のドライバの腕力を調べ、このドライバの
   腕力に基づいてドライバの操舵意志を判断する閾値を設
   定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。