CN102548832A - 车辆控制设备 - Google Patents
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Abstract
一种车辆控制设备(100),其对具有转向力施加装置(200)的车辆进行控制,该转向力施加装置能够向转向轮施加引起所述转向轮的转向角变化的转向力,该车辆控制设备(100)包括:偏差检测装置(100),其检测规定目标行驶路径与车辆(10)之间的相对位置关系的位置偏差;确定装置(100),其基于所检测到的位置偏差来确定转向力施加装置(200)的控制量;控制器(100),其通过按照所确定的控制量来控制转向力施加装置(200),将车辆的行驶路径保持在目标行驶路径上;转向输入检测装置(100),其检测由驾驶员对转向输入装置的转向输入;以及校正装置(100),其当在行驶路径保持在目标行驶路径上时检测到转向输入时,根据所检测到的转向输入校正控制量的确定基准。
Description
技术领域
本发明涉及用于对车辆进行控制的车辆控制设备的技术领域,该车辆设置为具有例如EPS(电子控制的动力转向)、VGRS(可变传动比转向)、ARS(主动后轮转向)或SBW(线控转向系统)等,并且被构造为能够使用这些功能实现将车辆的行驶路径保持在目标行驶路径上的功能,诸如LKA(车道保持辅助)等。
背景技术
日本专利申请公报No.2007-160998(JP-A-2007-160998)例如描述了一种设备,其考虑了在执行车道保持辅助的同时由驾驶员进行的方向盘的操作量。利用在JP-A-2007-160998中描述的转向控制设备,当驾驶员在执行车道保持辅助的同时操作(即,转动)方向盘时,可以通过减小与对应于操作量的转向控制相关的控制量来防止方向盘操作与转向控制之间的干涉。
同样,日本专利申请公报No.2007-030612(JP-A-2007-030612)描述了动力转向设备,当驾驶员在执行车道辅助控制的同时转向时,该动力转向设备通过增加EPS的缓冲控制量来改善转向感觉。
根据上述公开文本中的相关技术,当在执行车道保持辅助的同时由驾驶员进行转向输入时,可以防止与车道保持辅助相关的转向控制干涉按照由驾驶员进行的转向输入相对应的转向控制。然而,因为用于执行车道保持辅助的转向控制量自身在驾驶员视线转向意图的尝试中被校正,所以存在车道保持辅助收敛性显著下降的结果。因此,如果车辆在这种控制期间由于由横向风或道路梯度而离开目标行驶路径,不容易使得车辆返回到目标行驶路径。即,相关技术具有这样的问题:车道保持辅助的控制质量由于不能够在不减小车道保持辅助的收敛的状态下反映驾驶员的转向意图而下降。
发明内容
考虑到以上问题,本发明提供了能够在不减小车道保持辅助的会聚的状态下,防止与车道保持辅助相关的转向控制与反映驾驶员的转向意图的转向控制之间干涉的车辆控制设备。
因此,本发明的第一方面涉及一种车辆控制设备,其对具有转向力施加装置的车辆进行控制,该转向力施加装置能够向转向轮施加引起所述转向轮的转向角变化的转向力。该车辆控制设备包括:偏差检测装置,其被构造为检测规定要保持的目标行驶路径与所述车辆之间的相对位置关系的位置偏差;确定装置,其被构造为基于所检测到的位置偏差来确定为了将车辆的行驶路径保持在所述目标行驶路径上的所述转向力施加装置的控制量;控制器,其被构造为通过按照所确定的控制量来控制转向力施加装置,将行驶路径保持在目标行驶路径上;转向输入检测装置,其被构造为检测由驾驶员对转向输入装置的转向输入;以及校正装置,其被构造为当在行驶路径保持在目标行驶路径上时检测到转向输入时,校正控制量的确定基准,使得所检测到的转向输入被反映。
如上所述,本发明的车辆具有转向力施加装置。该转向力施加装置是这样的装置,其具有能够相对于转向轮(优选地是前轮或前、后轮)直接地或间接地施加引起转向轮的转向角(所谓的“实际转向角”)改变的转向力的物理的、机械的、电子的或磁性结构。此外,转向力施加装置是能够通过之后将会描述的控制器的操作来控制转向力的施加特性的装置。该转向力施加装置是其中转向轮的转向角的改变特性能够相对于由驾驶员经由任何类型的转向输入学装置(诸如方向盘)施加的转向输入不确定地改变的装置。转向力施加装置优选地具有各种电机或致动器被置于转向输入装置与转向轮之间的结构,其中电机或致动器使用从电力存储装置(诸如电池)提供的电力资源并且能够产生各种类型的转向力。
这种转向力施加装置的一些实际形式例如包括可以将与转向轮连接的转向输出轴相对于与转向输入装置直接或间接地连接的转向输入轴转动的装置,诸如VGRS,或者与转向力施加装置物理地分离的装置,诸如SBW。同样,转向力施加装置不必须使得转向轮的转向角为控制量。即,转向力施加装置也可以具有能够独立于驾驶员转向转矩(其为一种形态的转向输入)而施加转向转矩的动力转向装置的类型,诸如EPS。
根据本发明的车辆控制设备是控制根据本发明的具有这种转向力施加装置的车辆的设备,并且可以具有例如各种类型的计算机系统等中的任何一种的形式,诸如各种类型的控制器或微计算机或者各种类型的处理单元,诸如一个或多个ECU(电子控制单元),其包括一个或多个CPU(中央处理单元)、MPU(微处理单元)、各种处理器或各种控制器,或者还适当包括诸如ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、缓冲存储器或闪存存储器的任何存储装置
通过本发明的车辆控制设备,当车辆控制设备工作时通过操作不同的检测装置来检测位置偏差。
这里,位置偏差是规定要保持的目标行驶路径与车辆之间的相对位置关系的偏差,并且是可以变为用于使得车辆沿着目标行驶路径形式的基准值的物理量。位置差异可以包括车辆相对于所述目标行驶路径的横摆角偏差和/或横向位置偏差。
附带地,目标行驶路径可以是通过诸如白线或车道标记的各种目标体确定的要追踪的虚拟行驶路径,或者可以仅为通过在时间轴上顺次设置的车辆的目标位置实时规划的性质。
在检测位置差异时,为了将车辆的行驶路径保持在目标行驶路径上的转向力施加装置的控制量由确定装置基于所检测到的位置偏差来确定。
附带地,考虑到能够由转向力施加装置所采取的大范围实际形式的实施,所确定的转向力施加装置的控制量也可以具有各种形式中的任何一种。即,控制量可以是作为最终控制目标的转向轮的转向角、引起车轮的转向角的改变的另一个旋转角或者实际改变这些角的驱动装置的控制量(诸如驱动电流值或驱动占空比)。同样,可以通过,基于位置偏差确定的、反应改变横摆角的方式或者改变车辆的横向加速度的方式等的形式来确定转向力施加装置的控制量。
在以此方式确定控制量时,转向力施加装置由控制器根据所确定的控制量来控制,以最终引起转向轮的转向角的改变并且因此将车辆的行驶路径保持在目标行驶路径上。然而,这种情况下的术语“将车辆的行驶路径保持在目标行驶路径上”不仅指的是使得车辆的行驶路径与目标行驶路径完全匹配,还包括使得车辆的行驶路径接近或者到达目标行驶路径,以及在车辆的行驶路径与目标行驶路径之间保持固定的偏差。附带地,行驶路径保持在目标行驶路径上的行驶状态将会被简称作适当地执行车道保持辅助的状态。
同时,车辆的一个优选构造使得即使在执行车道保持辅助的同时,驾驶员能够基于他或她的转向意图自由地操作转向输入装置。
种类,在存在相对大的转向输入时,诸如当驾驶员期望改变车道时,使得这种类型的车道保持辅助被快速地取消是常识或优选的。然而,在诸如驾驶员试图保持仍然在车道内但是略微地从目标行驶路径偏离的行驶路径的情况下,即使存在驾驶员进行的转向输入,车道保持辅助仍需要继续。
然而,当车道保持辅助继续时,确定装置和控制器始终尝试使得车辆跟随目标行驶路径,因此即使基于驾驶员他或她自己的意图来执行转向输入装置的过度操作,转向轮的转向角的与过度操作相对应的改变将会至少定性地被用于继续车道保持辅助的控制逻辑消除。即,涉及车道保持辅助的控制逻辑将会与过度操作干涉,这可能使得难以将驾驶员的意图反映在车辆的行为中。
当然,如果基于位置偏差的转向力施加装置的控制量确定处理的内部逻辑改变,例如,如果构成反馈控制自身的要素值(诸如横向偏差的反馈增益或横摆角偏差的反馈增益)改变,为了避免这种类型的控制干涉,由于出了过度操作之外的干扰因素(诸如横向风或道路梯度等)所引起的位置偏差将会类似地被允许来牺牲容易被反映在转向角改变中的驾驶员的过度操作。即,如果采取这种步骤,涉及车道保持辅助的控制的收敛精确度将会显著降低,因此车道保持辅助的控制量自身将会劣化。
因此,本发明的车辆控制设备能够如下所述地精确地反应驾驶员的过度转向意图,同时保持车道保持辅助的控制质量。
即,通过本发明的车辆控制设备,在车辆控制设备工作时由转向输入检测装置来检测驾驶员进行的转向输入。这里,转向输入检测装置具有能够至少检测是否存在基于驾驶员的转向意图的转向输入的结构就足够了。更优选地,转向输入检测装置被狗组奥维能够检测转向输入的程度。举例来说,转向输入的检测基本能够通过诸如转向角传感器等的传感器输出的步骤来实现。然而,当执行车道保持辅助时,转向输入装置的操作量不总是零,因此当检测是否存在转向输入时,优选地消除实施车道保持辅助所需的转向输入装置的转向角的任何影响。
更具体地,如果转向输入装置的转向角是A°,并且用于执行车道保持辅助的转向输入装置的转向角是B°,那么与驾驶员进行的过度操作相对应的转向角(即,转向输入)可以被认为是(A-B)°。此时,转向输入优选地被与预定阈值相比,以消除自然地发生的微小振动等以及驾驶员的习惯的影响。
另一方面,本发明的车辆控制设备被构造为使得当在行驶路径保持在目标行驶路径上时已经由转向输入检测装置检测到转向输入时,由校正装置校正控制量的确定基准。
这里,本发明的控制量的确定基准是作为控制量确定的前提或基础的条件并且不影响当控制器确定控制量时应用的控制逻辑。一个优选的形态是控制逻辑的输入值或输出值等。例如,位置偏差适合于该输入值并且控制量自身适合于输出值。
如果以此方式校正控制量的确定基准,那么驾驶员的转向意图将会被反映在最终转向角改变量或者与车道保持辅助相关的控制的收敛目标中,使得相对于收敛目标的收敛精确度自身基本不受影响。因此,可以相对于来自横向风或道路梯度等的干扰迅速地恢复车辆行为。同时,当存在机遇驾驶员他或她自身的意图的过度操作时,该过度操作可以被可靠地反映在车辆行为的改变中。即,可以防止与车道保持辅助相关的转向控制与反应驾驶员的转向意图的转向控制之间的干扰,而不见效车道保持辅助的控制量。
同样,在上述车辆控制设备中,转向力施加装置可以包括能够改变转向输入装置的转向角与转向轮的转向角之间的关系的可变的转向角装置,并且控制器可以经由可变的转向角装置独立于驾驶员的转向输入而改变转向轮的转向角。
根据该车辆控制设备,本发明的转向力施加装置包括能够改变转向输入装置的转向角与转向轮的转向角之间的关系的可变的转向角装置,诸如VGRS或SBW等。同样,当在车辆10上执行车道保持辅助时,控制器通过控制该可变转向角装置来将转向轮独立于驾驶员的转向输入而转向。
因此,根据本结构,根据一种类型的自动转向(其被称作为所谓的自动驾驶)的车道保持辅助也是可能的,因此能够使当地减小对于驾驶员的转向负担。同样,通过这种类型的可变转向角装置,控制量是与转向轮的转向角对应的值,使得能够可靠地获得本发明的实际优点,即,车辆行为的相对高的控制精确度,以及防止涉及车道保持辅助的转向控制与反应驾驶员的转向意图的转向控制之间的干涉,而不见效车道保持辅助的控制质量。
同样,在上述车辆控制设备中,确定基准可以是规定位置偏差的条件。
根据该车辆控制设备,矫正了将位置偏差规定为确定基准的各种条件。位置偏差可以说对应于涉及车道保持辅助的控制逻辑的输入值,并且根本不影响涉及车道保持辅助的控制的收敛,因为其绝对不涉及构成控制逻辑自身的各种反馈增益。因此,驾驶员的转向意图能够被精确地反应在转向轮的转向角的改变中,而不减小车道保持辅助的控制质量。
同样,在上述车辆控制设备中,规定位置偏差的条件可以是目标行驶路径,并且校正装置可以使得目标行驶路径向由所检测到的转向输入确定的转向方向移动。
根据本车辆控制设备,矫正了作为规定位置偏差的条件的目标行驶路径本身,使得目标行驶路径沿着驾驶员所转向的方向移动。例如,如果驾驶员希望在执行车道保持辅助的同时保持在原始目标行驶路径的右侧(或左侧)的行驶路径,那么目标行驶路径向右(或向左)移动。以此方式将驾驶员的转向意图反映到目标行驶路径本身中是的可以合适地反应驾驶员的转向意图,而不影响与跟随目标行驶路径相关的收敛速度或收敛精确度。
同样,在上述车辆控制设备中,确定位置偏差的条件可以是位置偏差的可允许范围,并且校正装置可以在检测到转向输入时相比于没有检测到转向输入时扩大可允许范围。
根据本车辆控制设备,矫正了目标行驶路径与车辆之间的位置偏差的可允许范围,其作为规定位置偏差的条件。这里,可允许范围是对于目标行驶路径所允许的便宜范围。例如,如果驾驶员希望在执行车道保持辅助的同时保持向原始目标行驶路径的右侧(或左侧)偏移的行驶路径,那么允许相对于目标行驶路径向右侧(或左侧)偏移,并且例如在涉及控制量确定的处理中通过这种可允许量减小了位置偏差。因此,即使目标行驶路径不改变,也似乎没有位置偏差,因此可以防止由于驾驶员进行的过度操作而引起的转向轮的转向角改变受到涉及车道保持辅助的控制逻辑的干涉的情况。
同样,在上述车辆控制设备中,转向输入检测装置能够检测转向输入的程度,并且校正装置可以随着所检测到的转向输入增加而增加所述确定基准的校正量。
根据这种车辆控制设备,确定基准的校正量随着转向输入的程度增加而增加,因此,可以进行更加精确地反应驾驶员的转向意图的车道保持辅助。
同样,在上述车辆控制设备中,校正装置可以按照车辆的行驶条件来改变确定基准的校正量。
例如,当车辆的速度(即,车速)随着行驶条件改变时,车辆相对于转向轮的给定转向角的行为也改变。因此,当涉及控制量的确定基准的校正量(或者更具体地,位置偏差等的可允许量)被相对于车速均匀地设置时,由于过度操作而引起的转向轮的转向角的改变可能不足,或者相反地过量。在任一种情况下,都会导致驾驶员的转向意图不能被足够地反映。
同样,如果目标行驶路径的曲率(或弯曲半径)例如被作为行驶条件并且目标行驶路径是直线或基本直线(即,具有小的曲率或大的半径)时,作为位置偏差来说,横向位置的偏差的趋向于比横摆角偏差更易以改变,并且横摆角偏差对于车辆行为的影响增加(即,因为行驶路径为直线,所以横摆角偏差应当基本不怎么改变)。另一方面,如果目标行驶路径是弯曲的(即,具有大的曲率或小的半径),作为位置偏差来说,那么横摆角偏差趋向于相比于横向位置的偏差更容易改变,并且横向位置的偏差对于车辆行为的影响增加。
根据本车辆控制设备,确定基准的校正量按照车辆的行驶条件改变,使得可以精确地反应驾驶员的转向意图,并且可以可靠地确保车道保持辅助的跟随性或收敛性。
此外,在上述车辆控制设备中,校正装置可以在由上限值规定的预定限制范围内校正确定基准。
根据本车辆控制设备,在预定的限制范围内校正涉及控制量确定的确定基准。因此,可以将固定的限制应用到驾驶员的过大的过度操作,使得可以防止由于反应驾驶员的意图而导致的车道保持辅助被显著干扰的情况。这种类型的限制范围可以被设置在校正目标为目标行驶路径时为使得目标行驶路径将不会离开已有的车道,或者可以被初步设置为使得由转向轮的转向角的改变(其由过度操作引起)引起的车辆的横向加速度不会落在用于车道保持辅助的控制范围之外。
本发明的这些类型的操作和其他优点将会通过之后描述的实施例变得清楚。
附图说明
将会在本发明的示例实施例的以下具体描述中参照附图描述本发明的特征、优点和技术以及工业意义,在附图中,相似的附图标记表示相似的元件,其中:
图1是概念地示出了根据本发明的第一示例实施例的车辆的结构的示意图;
图2是根据第一示例实施例的,在图1中的车辆中执行的LKA控制的流程图;
图3是示出了根据第一示例实施例的目标横向加速度与基于LKA的目标角度之间的关系的模式图;
图4是示出了根据第一示例实施例的行驶路径半径与调整增益之间的关系的的模式图;
图5是根据第一示例实施例的EPS控制的流程图。
图6是示出了基于EPS的目标转矩与驾驶员转向转矩之间的关系的模式图;
图7是根据第一示例实施例的VGRS控制的流程图;
图8是示出了根据第一示例实施例的转向传递率与车辆速度之间的关系的模式图;
图9是示出了根据第一示例实施例的VGRS通常目标角输入与基本容许横向偏差之间的关系的模式图;
图10是示出了根据第一示例实施例的行驶路径半径和横向偏差校正增益之间的关系的模式图;
图11是示出了根据第一示例实施例的VGRS通常目标角输入和基本容许横摆角偏差之间的关系的模式图;
图12是示出了根据第一示例实施例的行驶路径半径和横摆角偏差校正增益之间的关系的模式图;以及
图13是示出了在VGRS通常目标角输入与过度校正VGRS目标角之间的关系的模式图。
具体实施方式
下文中,将会参照幅图描述本发明的车辆控制设备的示例实施例。
首先将会参照图1描述根据本发明的第一示例实施例的车辆10的结构。这里,图1是概念地示出了车辆10的结构的示意图。
在图1中,车辆10包括一对右前轮和左前轮FL和FR以及一对左后轮和右后轮RL和RR来作为转向轮。车辆10被构造为使其能够通过沿着转向方向使得这些转向轮转向来沿着期望的方向行进。车辆10也包括ECU 100、VGRS致动器200、VGRS驱动装置300、EPS致动器400、EPS驱动装置500、ARS致动器600和ARS驱动装置700。
ECU 100是包括图中未示出的CPU(中央处理器)、ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)的电子控制单元,并且被构造为控制车辆10的整体操作。ECU 100是本发明的车辆控制设备的一个示例。ECU 100被构造为能够根据存储在ROM中的控制程序来执行下文中描述的LKA控制、EPS控制、VGRS控制。
附带地,ECU 100是集成电子控制单元,其被构造为具有例如本发明的偏差检测装置、判断装置、控制装置、控制器、转向输入检测装置和校正设备中每一者的示例的功能。ECU 100被构造为执行与每个装置相关的操作。然而,本发明的装置的物理、机械和电子结构可以不局限于此。例如,这些装置可以被构造为各种计算机系统等,诸如多个ECU、各种处理单元、各种控制器或微计算机。
在车辆10中,由驾驶员经由作为转向输入装置的方向盘11将转向输入传递到上转向轴12,上转向轴12其作为连接到方向盘11的轴,以能够与方向盘11绕相同轴线旋转并且沿相同方向旋转。上转向轴12的下游端部连接到VGRS致动器200。
VGRS致动器200是本发明的转向施加装置的示例并且包括壳体201、VGRS电机202和减速机构203。
壳体201作为VGRS致动器200的壳体并且容纳VGRS电机202和减速机构203。上转向轴12的下游端部固定到壳体201,并且壳体201能够与上转向轴12一同旋转。
VGRS电机202是无刷电机,其具有转子202a、定子202b和作为用于驱动力的输出轴的旋转轴202c。定子202b固定到壳体201的内部,并且转子202a在壳体201内部可旋转地保持。旋转轴202c固定到转子202a,以使其绕相同轴线旋转。旋转轴202c的下游端部耦合到减速机构203。
减速机构203是具有多个旋转元件(即,太阳齿轮、托架和内齿圈)的行星齿轮组,其中可以在多个旋转元件之中存在差动旋转。在多个旋转元件中,作为第一旋转元件的太阳齿轮被耦合到VGRS电机202的旋转轴202c,并且作为第二旋转元件的托架被耦合到壳体201。作为第三旋转元件的内齿圈被耦合到下转向轴13。
利用具有这种结构的减速机构203,与内齿圈耦合并作为剩余旋转元件的下转向轴13的转速主要由与方向盘的操作量相对应的上转向轴12的旋转速度(即,耦合到托架的壳体201的旋转速度)以及VGRS电机202的旋转速度确定(即,耦合到太阳齿轮的旋转轴202c的旋转速度)。此时,下转向轴13的旋转速度可以通过由旋转元件之间的差动作用控制(即,增加或降低)VGRS电机202的旋转速度来控制(即,被增加或被降低)。即,上转向轴12和下转向轴13能够由减速机构203和VGRS电机202的操作而相对于彼此旋转。同样,在减速机构203的旋转元件的结构中,VGRS电机202的旋转速度按照根据旋转元件之间的齿轮比预先确定的减速齿轮比来在减速状态下传递到下转向轴13。
以此方式,利用车辆10,转向传递率K1能够在预定范围内连续地改变,其中转向传递率K1是作为上转向轴12的旋转量的转向角MA与主要根据下转向轴13的旋转量确定(也与之后描述的齿条和齿轴(pinion)机构的齿轮比有关)的前轮(其作为转向轮之一)的转向角θf的比率。
即,VGRS致动器200能够具有本发明的可变转向角装置的示例的功能,该可变转向角装置能够改变转向角MA与转向角θf之间的关系,并且也能够改变前轮的转向角θf,而不论驾驶员进行的转向输入如何。
附带地,减速机构203不局限于这里所述的行星齿轮组,但是可以具有其他形式(例如,上转向轴12和下转向轴13可以具有柔性齿轮,在该柔性齿轮中,第一数目的齿设置在上转向轴12上并且不同数目的齿设置在下转向轴13上,并且只有上转向轴12上的一些齿仅与下转向轴13上的一些齿接触,并且上转向轴12和下转向轴13可以通过由经由波动产生器传递的电机转矩旋转柔性齿轮而相对于彼此旋转)。或者,减速机构203可以是行星齿轮单元,但是具有与上述的行星齿轮单元具有不同的物理、机械或机构形式。
VGRS驱动装置300是电子驱动电路,其包括PWM电路、晶体管电路和逆变器等,并且被构造为给VGRS电机202的定子202b通电。VGRS驱动装置300被电连接到未示出的电池,并且被构造为能够通过从电池提供的功率将驱动电压提供给VGRS电机202。同样,VGRS驱动装置300被电连接到ECU 100并且被构造为使得其操作可以由ECU 100控制。附带地,VGRS驱动装置300与VGRS致动器200一同形成本发明的转向力施加装置的一个示例。
下转向轴13的旋转被传递到转向机构19。转向机构19也被称作为齿条-齿轴机构,其包括连接到下转向轴13的下游端部的齿轴14以及其上形成了与齿轴14上的齿轮齿啮合的齿轮齿的齿条15。该转向机构19被构造为使得转向力经由连接到齿条15的每个端部的拉杆(tie-rod)和关节(未由附图标记示出),通过将齿轴14的旋转转换为齿条15在附图中的左右方向上的移动,来传递到每个转向轮。
EPS致动器400具有作为DC无刷电机的EPS电机,其包括其中嵌入永久磁铁的转子(未示出)和围绕转子的定子。该EPS致动器400是本发明的转向力施加装置的一个示例。该EPS电机的结构被确定为当定子由EPS驱动装置500通电时,能够通过由于在EPS电机内产生的旋转磁场的作用而产生的转子旋转产生沿着转子的旋转方向的辅助转矩TA。
同时,未示出的减速齿轮被固定到作为EPS电机的旋转轴的电机轴。该减速齿轮也与齿轴14啮合。因此,由EPS电机产生的辅助转矩TA具有辅助齿轴14的旋转的辅助转矩的功能。齿轴14耦合到上述下转向轴13,并且下转向轴13经由VGRS致动器200耦合到上转向轴12。因此,施加到上转向轴12的驾驶员转向转矩MT在由辅助转矩TA适当地辅助的同时被传递到齿条15,由此减小施加给驾驶员的转向负担。
EPS驱动装置500是电子驱动电路,其被构造为能够给EPS电机的定子通电,并且包括PWM电路、晶体管电路和逆变器等。EPS驱动装置500电连接到未示出的电池,并且因此能够通过从电池提供的功率将驱动电压提供给EPS电机。EPS驱动装置500也电连接到ECU 100,并且EPS驱动装置500的操作由ECU 100控制。附带地,EPS驱动装置500与EPS致动器400一同作为本发明的转向力施加装置的一个示例。
附带地,本发明的转向力施加装置的模式不局限于这里描述的示例。例如,从EPS电机输出的辅助转矩TA也可以在由减速齿轮减小旋转速度的状态下被直接地传递给下转向轴13,或者其可以被施加作为辅助齿条15的往复运动的力。即,本发明的转向力施加装置的具体结构没有具体地限制,只要从EPS电机输出的辅助转矩TA最终能够被施加作为使得转向轮转向的转向力的一部分。
同时,车辆10具有各种传感器,包括转向转矩传感器16、转向角传感器17和旋转传感器18。
转向转矩传感器16是被构造为能够检测由驾驶员经由方向盘11施加的驾驶员转向转矩MT的传感器。更具体地,上转向轴12被划分为经由未示出的扭力杆连接的上游端部和下游端部。用于检测旋转相位差的环固定到该扭力杆的上游端部和下游端部。该扭力杆被设计为在车辆10的驾驶员转动方向盘11时,沿着与经由上转向轴12的上游部分传递的转向转矩(即,驾驶员转向转矩MT)相对应的旋转方向扭转,并且使得转向转矩在该扭力杆扭转的同时被传递。因此,在传递转向转矩时,在上述旋转相位差检测环的相位之间发生旋转相位差。转向转矩传感器16被构造为能够检测该旋转相位差,将旋转相位差转换为转向转矩,并且输出表示转向转矩MT的电信号。转向转矩传感器16也电连接到ECU 100,并且所检测到的转向转矩MT被ECU 100定期或不定期地参照。
转向角传感器17是被构造为能够检测表示上转向轴12的旋转量的转向角MA的角传感器。转向角传感器17电连接到ECU 100,并且所检测到的转向角MA由ECU 100定期或不定期地参照。
旋转传感器18是旋转编码器,其能够检测VGRS致动器200的壳体201(其在旋转角方面等价于上转向轴12)与下转向轴13之间的旋转相位差Δθ。旋转传感器18被电连接到ECU 100,并且所检测到的旋转相位差Δθ由ECU 100定期或不定期地参照。
车载摄像机20是成像装置,其布置在车辆10的前鼻处并且被狗组奥维能够拍摄在车辆10的前方的预定区域的图像。车载摄像机20被电连接到ECU 100,并且所拍摄的前区域的图像被定期或不定期地发送到ECU100来作为图像数据。ECU 100之后能够分析该图像数据并且获得对于之后描述的LKA控制必需的各种数据。
车速传感器21是传感器,其被构造为能够检测车速V,即车辆10的速度。车速传感器21被电连接到ECU 100,并且所检测到的车速V由ECU 100定期或不定期地参照。
ARS致动器600包括未示出的动力缸以及将往复驱动力沿着附图中的左右方向施加到动力缸的ARS电机。使用由该电机施加的驱动力,作为本发明的转向力施加装置的另一个示例的ARS致动器600能够通过对连接到动力缸的两端的后转向杆(未由附图标记示出)进行驱动来将后轮的转向角θr在左右方向上改变预定量。
附带地,ARS致动器600是这样的装置,其没有机械地连接到作为转向输入装置的上转向轴12,但是能够根据电信号而独立于驾驶员进行的转向输入而改变后轮转向角θr。同样,在根本上,转向角MA与后轮转向角θr之间的关系当然没有规定。即,ARS致动器600仅为一种类型的SBW系统,并且是本发明的可变转向角装置的另一个示例。
ARS驱动装置700是电子驱动电路,其被构造为能够给ARS电机通电并且包括PWM电路、晶体管电路和逆变器等。ARS驱动装置700被电连接到未示出的电池,并且因此能够通过由电池提供的功率将驱动电压提供给ARS电机。同样,ARS驱动装置700也被电连接到ECU 100,并且ARS驱动装置700的操作由ECU 100控制。
附带地,ARS驱动装置700与ARS致动器600一同作为本发明的转向力施加装置的一个示例。以此方式,本示例实施例中的车辆10具有被称作为所谓的四轮转向的转向模式。然而,使得后轮能够转向的车辆结构不局限于附图中示出的结构。相反,可以使用各种已知模式中的任何一者。
下文中,将会适当地参照附图描述本示例实施例的操作。
首先将会参照图2详细描述由ECU 100执行的LKA控制,图2是LKA控制的流程图。附带地,LKA控制时引导车辆10来跟随目标行驶路径(即,在本示例实施例中的车道)的控制,并且是车辆10中的一种类型的驾驶辅助控制。
在图2中,ECU 100读取各种信号,包括来自设置于车辆10中的各种切换器的各种标识和操作信号以及与上述各种传感器相关的各种传感器信号(步骤S101),并且判断是否由于预先布置在车辆10的车厢内的LKA控制开始按钮被驾驶员操作而选择LKA模式(步骤S102)。如果没有选择LKA模式(即,在步骤S102中为否),ECU 100返回到步骤S101的处理。
另一方面,如果选择了LKA模式(即,在步骤S102中为是),ECU100基于从车载摄像机20发送的图像数据判断是否检测到LKA的目标行驶路径的白线(该线并不必须是白色的)(步骤S103)。如果没有检测到白线(即,在步骤S103中为否),不能够设置虚拟目标行驶路径,因此ECU 100返回到步骤S101的处理。另一方面,如果检测到白线(即,在步骤S103中为是),ECU 100计算在引导车辆10跟随目标行驶路径时必需的各种道路信息(步骤S104)。
在步骤S104中,计算了目标行驶路径的半径R(即,曲率的倒数)、白线与车辆10在横向方向上的偏差的横向偏差Y以及白线与车辆10之间的横摆角偏差φ。这里,在步骤S104中计算的横向偏差Y和横摆角偏差φ都是本发明的位置偏差的示例。当在步骤S104中计算出这些值时,适用考虑由驾驶员进行的方向盘11的过度操作的计算处理。之后将会描述考虑了过度操作的该计算处理。附带地,基于图像数据的已知图像分析算法可以被用来计算目标行驶路径的半径R(下文中在合适的时候将其称作“行驶路径R”),但是计算处理自身与本发明的相关性不高,因此这里将会省略其描述。
在计算各种道路信息时,ECU 100计算引导车辆10来跟随目标行驶路径所需的目标横向加速度GYTG(步骤S105)。附带地,也可以根据各种已知算法或运算公式中的任何一者计算目标横向加速度GYTG。或者,具有行驶路径半径R、横向偏差Y和横摆角偏差φ作为参数的目标横向加速度映射可以被预先存储在适当的存储装置(诸如ROM)中,并且ECU100可以通过选择合适的相应值(这种类型的选择也是一种计算模式)来计算目标横向加速度GYTG。
附带地,此外,ECU 100将所计算的半径R乘以反馈增益Kr,将横向偏差Y乘以反馈增益Ky并且将横摆角偏差φ乘以反馈增益Kφ,并且之后通过将这些反馈控制项相加来计算目标横向加速度GYTG。定性地,随着行驶路径半径R变小、横向偏差Y变大以及横摆角偏差φ变大,目标横向加速度GYTG变大。
在计算目标横向加速度GYTG时,处理被划分为两个。即,在一个处理中,ECU 100计算LKA目标辅助转矩TLK(步骤S106)并且将所计算的LKA目标辅助转矩TLK存储在合适的可擦写存储装置(诸如闪存存储器或RAM)中(步骤S 107)。在LKA目标辅助转矩映射中指定LKA目标辅助转矩TLK,该LKA目标辅助转矩映射被在预先存储在ROM中并且具有目标横向加速度GYTG和车速V作为参数。ECU 100通过从映射选择相应的数字值来计算LKA目标辅助转矩TLK。
同样,在其他处理中,ECU 100基于目标横向加速度GYTG计算LKA基本目标角θLKB(步骤S108),并且之后基于行驶路径半径R计算调整增益K2(步骤S 109)。此外,ECU 100根据以下的公式(1)计算LKA校正目标角θLK。一旦计算了LKA校正目标角θLK,那么ECU 100将所计算出的LKA校正目标角θLK存储在存储装置(诸如RAM或闪存存储器)中(步骤S111)。
θLK=θLKB ×K2 (1)
这里,将会参照图3描述目标横向加速度GYTG与LKA基本目标角θLKB之间的关系。图3是示出了目标横向加速度GYTG与LKA基本目标角θLKB之间的关系的模式图。
在图3中,纵轴表示LKA基本目标角θLKB并且横轴表示目标横向加速度GYTG。这里,零线左侧的区域表示目标横向加速度朝向车辆的左侧,并且零线右侧的区域表示目标横向加速度朝向车辆的右侧,其中零线对应于目标横向加速度GYTG为零。同样,零线以上的区域对应于转向轮的转向角朝向车辆的右侧,并且零线以下的区域对应于转向轮的转向角朝向车辆的左侧,其中零线对应于LKA基本目标角θLKB为零。因此,LKA基本目标角θLKB通过零线对称。LKA基本目标角θLKB具有这样的特征,除了在零目标横向加速度GYTG附近的不能检测区域之外,绝对值对于目标横向加速度GYTG线性地增加。
同时,在图3中,LKA基本目标角θLKB相对于三个不同的车速V(即,车速V=V1、V2(V2>V1)和V3(V3>V2))的特性分别由附图中的点划线、虚线和实线表示。通过附图很明显地,LKA基本目标角θLKB被设置为随着车速V增加而降低。这是因为相对于转向轮的转向角产生横向加速度的程度随着车速V增加而增加。附带地,其中将图3中的关系数字化的LKA基本目标角映射被预先存储在ECU 100的ROM中(当然,更具体地,车速V作为参数值),并且在步骤S108中从该LKA基本目标角映射选择相应的值。
这里,将会参照图4描述曲率R与调整增益K2之间的关系。图4是示出了行驶路径半径R与调整增益K2之间的关系的模式图。
在图4中,纵轴表示调整增益K2并且横轴表示目标行驶路径的半径R。即,目标行驶路径朝向附图的左侧进一步急剧弯曲(即,是急弯),并且目标行驶路径向左侧进一步接近直线。如图所示,调整增益K2被设置为在小于1的区域中,并且因此随着行驶路径的半径R增加而接近1(即,接近直线)。这是因为利用更小的行驶路径半径,允许更大的方向盘11转动(即,驾驶员感觉到不舒适)。
附带地,其中图4中示出的关系数字化的调整增益映射被预先存储在ECU 100的ROM中,并且在步骤S109中从该调整增益映射选择相应的值。
返回到图2,一旦在步骤S107和S111中分别存储LKA目标辅助转矩TLK和LKA校正目标角θLK,处理返回到步骤S101。
同时,由EPS控制实现使得车辆10跟随目标行驶路径的实际操作。现在将会参照作为EPS控制流程图的图5来描述EPS控制。附带地,图5与图2的部分重叠的部分将会由相同的附图标记表示并且这部分的描述将会被适当地省略。
在图5中,ECU 100首先读取各种信号(步骤S101)并且获得驾驶员转向转矩MT和车速V(步骤S201)。之后ECU 100基于所获得的驾驶员转向转矩MT和车速V来计算EPS基本目标转矩TBASE(步骤S202),其作为从EPS致动器400的EPS电机输出的辅助转矩TA的基本值。
这里,将会参照图6描述EPS基本目标转矩TBASE与驾驶员转向转矩MT之间的关系。图6是示出了EPS基本目标转矩TBASE与驾驶员转向转矩MT之间的关系的模式图。
在图6中,纵轴表示EPS基本目标转矩TBASE并且横轴表示驾驶员转向转矩MT。附带地,零线左侧的区域对应于方向盘11的转向操作向车辆的左侧,并且零线右侧的区域对应于方向盘11的转向操作向车辆的右侧,该零线对应于驾驶员转向转矩MT为零。因此,EPS基本目标转矩TBASE通过附图中的零线对称。
同样,负值不被用于EPS基本目标转矩TBASE。如果负值被用于EPS基本目标转矩TBASE,其将会意味着将会执行沿着与方向盘11的转向方向相反方向的相逆辅助。在该示例实施例中,为了改善车辆10的行为稳定性,EPS基本目标转矩TBASE被确定为使得EPS致动器400将不会被置于相逆辅助状态。
同时,在图6中,EPS基本目标转矩TBASE相对于三个不同的车速V(即,车速V=V1、V2(V2>V1)和V3(V3>V2))的特性分别由附图中的点划线、虚线和实线表示。通过附图很明显地,EPS基本目标转矩TBASE被设置为随着车速V增加而降低。这是因为获得所需横向加速度的转向轮的转向角随着车速V增加而降低。在高车速时增加转动方向盘11所需的力(即,使得方向盘“沉重”)防止驾驶员进行过度操作(诸如过度转向),并且因此改善车辆10的行为的稳定性。附带地,其中图6中示出的关系被数字化的EPS基本目标转矩映射被预先存储在ECU 100的ROM中(当然,更加具体地,车速V作为参数值),并且在步骤S202中从该EPS目标转矩映射选择相应的值。
返回到图5,基于在步骤S202中计算的EPS基本目标转矩TBASE和之前计算并存储的LKA目标辅助转矩TLK,ECU 100按照以下的公式(2)计算EPS最终目标转矩TTG(步骤S203)。
TTG=TBASE+TLK (2)
当计算EPS最终目标转矩TTG时,ECU 100基于所计算的EPS最终目标转矩TTG来控制EPS驱动装置500,并且引导EPS致动器400的EPS电机输出与该EPS最终目标转矩TTG相对应的辅助转矩TA(步骤S204)。一旦执行了步骤S204,处理返回到步骤S101。
以此方式,在示例实施例中,EPS致动器400具有用于引导车辆10来跟随目标行驶路径的主系统的功能。用于使得车辆10跟随目标行驶路径的LKA目标辅助转矩TLK是除了普通辅助转矩之外的输出,该普通辅助转矩对应于由驾驶员进行的转向操作。
同时,EPS致动器400不改变方向盘11的转向角与转向轮的实际转向角之间的关系,因此当通过从EPS致动器400施加的辅助转矩使得车辆10跟随目标行驶路径时,根据转向轮的转向角的改变,方向盘11被独立于驾驶员的意图而转向。这可能使得驾驶员感觉到奇怪,并且因此可能导致驾驶员执行不必要的转向操作。因此,在示例实施例中,当EPS致动器400以此方式使得车辆10跟随目标行驶路径时,VGRS控制被用于补偿车辆10的行为的改变。
这里,将会参照作为VGRS控制的流程图的图7来具体描述VGRS控制。附带地,图7与图2的部分重叠的部分将会由相同的附图标记表示并且这部分的描述将会被适当地省略。
在图7中,ECU 100首先读取各种信号(步骤S101)并且获得车速V和转向角MA(步骤301),并且根据以下的公式(3)计算VGRS通常目标角输入θinput(步骤S302)。
θinput=MA-θmaref (3)
这里,θmaref是在LKA控制期间作为方向盘11的转向角的LKA转向角,并且由以下的公式(4)确定。
θmaref=θLKB-θLK (4)
通过以上公式(3)和(4)很明显地,VGRS通常目标角输入θinput是在LKA控制所需的LKA转向角作为基准的状态下方向盘11的转向角的该变量。即,VGRS通常目标角输入θinput是本发明的驾驶员转向输入的一个示例。如果不存在驾驶员转向输入,即,如果驾驶员不执行任何的过度操作,转向角MA等于LKA转向角,并且VGRS通常目标角输入θinput为零。
基于在步骤S301中获得的值和VGRS通常目标角输入θinput,ECU100之后根据以下的公式(5)计算VGRS通常目标角θVG,该VGRS通常目标角θVG的作为下转向轴13相对于转向角MA(其作为作为上转向轴12的旋转角的)的相对旋转角的基本值(步骤S303)。
θVG=K1×θinput (5)
在公式(5)中,K1是限定下转向轴13相对于转向角MA的旋转角的转向传递率,并且是根据车速V改变的数值值。这里,将会参照图8描述转向传递率K1与车速之间的关系。图8是示出了转向传递率K1与车速V之间的关系的模式图。
在图8中,PRF_K1_A(实线)是在不执行LKA控制时转向传递率K1的车速敏感特性,并且PRF_K1_B(虚线)是在执行LKA控制时相同的车速敏感特性。
在不执行LKA控制时,在车速处于中间车速范围中时转向传递率K1为零(即,上转向轴12与下转向轴13的旋转率是1∶1),在车速低于中间车速范围时大于零,并且在车速高于中间车速范围时小于零。即,在较低车速下,可以利用更小的方向盘11的转向角获得更大的转向轮的转向角的改变。这是由于与转向轮的转向角相关的横向加速度随着车速增加而增加。
另一方面,在执行LKA控制时,转向传递率K1具有与在不执行LKA控制时基本相同的波形,但是向更低侧更加偏移。即,在除去非常低的车速范围的几乎全部车速范围内转向传递率K1都小于0,并且转向轮的转向角相对于方向盘11的转向角的改变小于在不执行LKA控制时的改变。这是因为在执行LKA控制时,车辆10被控制为自动地跟随目标行驶路径,使得有效地抑制由于由驾驶员进行的转向操作引起的扰乱效果所产生的车辆10的行驶稳定性的损失。
返回图7,基于所计算的VGRS通常目标角θVG和之前计算并存储的LKA校正目标角θLK,ECU 100也根据公式(6)计算VGRS最终目标角θTGF(步骤S304)。
θTGF=θVG+θLK (6)
一旦计算了VGRS最终目标角θTGF,ECU 100基于所计算的VGRS最终目标角θTGF来控制VGRS驱动装置300,并且将VGRS致动器200的VGRS电机202旋转与该VGRS最终目标角θTGF相对应的量(步骤S305)。一旦执行了步骤S305,处理返回到步骤S101。
以此方式,根据在本实施例中的VGRS控制,LKA校正目标角θLK被分离地增加到普通VGRS目标角,使得可以在由之前描述的EPS控制使得车辆10跟随目标行驶路径时抑制转向角MA中的改变。因此,减小了施加到驾驶员的奇怪感觉,同时使得减小施加到驾驶员的心理负担,使得可以稳定车辆10的行为。
同时,考虑到以此方式利用LKA校正目标角θLK抑制转向角MA的改变,当在本示例实施例中的VGRS控制中减小转向角MA时,不需要改变下转向轴13的旋转角相对于转向角MA的改变特性(即,转向传递率K1)。因此,不再需要通过增加转向传递率K1来减小由EPS控制引起的转向轮的转向角的改变对于方向盘11的转向角的影响。因此,也能够解决当采取这些步骤是发生的这样的问题:通过驾驶员使得车辆行为不稳定而增加转向轮的转向角相对于转向操作的改变。具体地,在该示例实施例中,如上所述,与在不执行使得车辆10自动地跟随目标行驶路径的这种控制时相比,减小了转向传递率K1。因此,在执行LKA控制的同时,可以更加减小作为干扰的转向输入(诸如方向盘抓握)对于转向轮的转向角产生的影响。
之后,将会具体描述在LKA控制中涉及步骤S104的处理(即,横向偏差Y和横摆角偏差φ的计算)。
即使在执行LKA控制时,可能发生由驾驶员进行的所谓的过度操作的转向输入。过度操作是这样的转向输入,其基于驾驶员的转向意图并且意图被反映在转向轮的转向角中并且与例如方向盘抓握或其它意外转向输入不同。附带地,如图8所示,将转向传递率K1相对于在执行LKA控制时发生的转向输入设置为较小的值,使得在执行LKA控制的同时由驾驶员进行的过度操作更不易于被反映在转向轮的转向角的改变中。同时,在执行LKA控制的同时,即使转向轮的转向角按照由驾驶员进行的过度操作而改变,在作为反馈控制的目标横向加速度GYTG的判断处理中立即抑制由转向轮的转向角的改变所引起的横向偏差Y和横摆角偏差φ的改变。即,除了采取一些步骤之外,LKA控制将会过分地干涉驾驶员进行的过度操作,因此,即使驾驶员期望使得车辆10跟随向由系统准备的目标行驶路径(例如,车道等的中央)的左侧或右侧偏移的行驶路径,难以这样做。
同时,如果如上所述尝试校正构成目标横向加速度GYTG的计算逻辑的每个反馈增益(诸如Ky或Kφ)以减小每个偏差对于目标横向加速度GYTG的影响,由于横向风或道路梯度(其作为预过度操作不同的干扰因素)而引起的位置改变的收敛速度和收敛精确度降低。这种收敛速度和收敛精确度的降低是不期望的,因为其导致LKA控制的控制质量本身急剧下降。因此,在该示例实施例中,分别根据以下公式(7)和(8)来计算限定目标横向加速度GYTG的横向偏差Y和横摆角偏差φ(即,位置偏差)。
Y=Yref+ΔYcomp-Yt (7)
φ=φref+Δφcomp-φt (8)
这里,在公式(7)中,Yref是车辆10的目标横向位置,ΔYcomp是可允许的横向差异,并且Yt是车辆10的实际横向位置。附带地,以上公式(7)中的“Yref-Yt”是在实际控制中相对于目标行驶路径的严格意义上的横向偏差。ECU 100能够基于由车载摄像机20提供的图像数据直接进行该计算。同样,在公式(8)中,φref是车辆10的目标横摆角,Δφcomp是可允许的横摆角偏差,并且φt是车辆10的实际横摆角。附带地,以上的公式(8)中的“φref-φt”是在实际控制中相对于目标行驶路径的严格意义上的横摆角偏差。ECU 100能够基于由车载摄像机20提供的图像数据直接进行该计算。
同时,根据以下的公式(9)计算可允许的横向偏差ΔYcomp。
ΔYcomp=K3×ΔYbase (9)
在以上公式(9)中,ΔYbase是基本可允许横向偏差,并且K3是根据按照行驶路径半径R改变的横向偏差校正增益。
这里,将会参照图9描述基本可允许横向偏差ΔYbase。图9是示出了VGRS通常目标角输入θinput与基本可允许横向偏差ΔYbase之间的关系的模式图。
在图9中,基础可允许横向偏差ΔYbase等价于在左、右转向方向上的VGRS通常目标角输入θinput,并且相对于VGRS通常目标角输入θinput单调增加,除了:(i)VGRS通常目标角输入θinput极度小的不能检测区域(附带地,该不能检测区域满足了用于判断是否存在基于驾驶员的清楚转向意图的过度操作的一种阈值的角色),以及(ii)其中基础可允许横向偏差ΔYbase被限制到上限值ΔYbasemax并VGRS通常目标角输入θinput相对较大的限制区域。
然而,该基础可允许横向偏差ΔYbase是车速V的函数,并且具有在高车速侧上相比于低车速侧(其对应于附图中的V=低(实线))更早上升并且更早饱和的趋势(其对应于附图中的V=高(虚线))。这是因为车辆10的行为的改变相对于转向轮的转向角的改变更早发生并且随着车速增加而更大。
附带地,基础可允许横向偏差ΔYbase的最大值被预先经验地调整,使得车辆10不离开LKA控制的原始目标行驶路径(即,给定车道)。此外,如果发生使得车辆10离开车道的转向输入,优选地使得LKA控制迅速结束。
之后,将会参照图10描述横向偏差校正增益K3。图10是示出了行驶路径半径R与横向偏差校正增益K3之间的关系的模式图。
在图10中,横向偏差校正增益K3在行驶路径半径R较大的基本直线区域中采用接近1的最大值(即,近似值;其仅为示例),并且在行驶路径半径R非常小的急剧弯曲区域中采用接近0.5的最小值(即,近似值;其仅为示例)。同样,在从急剧弯曲区域向基本直线区域过度的时间段内逐渐地朝向最大值增加。
考虑到基础可允许横向偏差ΔYbase和横向偏差校正增益K3的特性,可允许横向偏差ΔYcomp在基本直线区域中的VGRS通常目标角输入θinput相对较大的区域中采用接近ΔYbasemax(其作为最大值)的值,并且在急剧弯曲区域中的VGRS通常目标角输入θinput相对较小的区域中采用作为最小值的零。
这里,根据上述公式(7),在反馈控制中将可允许横向偏差ΔYcomp增加到横向偏差Y。因此,在由驾驶员进行过度操作来作为转向输入时,随着过度操作的程度增加,允许沿着转向方向的更大的横向偏差。即,当车辆10由于过度操作而开始向转向方向偏向时,控制的横向偏差Y沿着向由可允许横向偏差ΔYcomp确定的收敛值收敛的方向,因此目标横向加速度GYTG不再沿着阻止由过度操作引起的转向轮的转向角改变的方向作用。
因此,当存在过度操作时,车辆10能够快速地跟随反映驾驶员的转向意图的目标行驶路径(即,从原始目标行驶路径相应地偏离的虚拟行驶路径)。同时,可允许横向偏差ΔYcomp是本发明的位置偏差的可允许范围的一个示例,其仅以受限的方式影响横向偏差Y的计算。继续确保LKA控制相对于由横向风或道路梯度引起的干扰输入的跟随性和收敛性。即,根据该示例实施例,在防止LKA控制过分干扰过度操作的转向角控制的同时,能够可靠地确保LKA的控制质量。
之后,根据以下的公式(10)计算可允许横摆角偏差Δφcomp。
Δφcomp=K4×Δφbase (10)
在以上公式(10)中,Δφbase是基本可允许横摆角偏差,并且K4是根据按照行驶路径半径R改变的横摆角偏差校正增益。
这里,将会参照图11描述基本可允许横摆角偏差Δφ。图11是示出了VGRS通常目标角输入θinput与基本可允许横摆角偏差Δφbase之间的关系的模式图。
在图11中,基础可允许横摆角偏差Δφbase等价于在左、右转向方向上的VGRS通常目标角输入θinput,并且相对于VGRS通常目标角输入θinput单调增加,除了:(i)VGRS通常目标角输入θinput极度小的不能检测区域(附带地,该不能检测区域满足了用于判断是否存在基于驾驶员的清楚转向意图的过度操作的一种阈值的角色),以及(ii)其中基础可允许横摆角偏差Δφbase被限制到上限值Δφbasemax(其根据车速而不同)并且VGRS通常目标角输入θinput相对较大的限制区域。
然而,该基础可允许横摆角偏差Δφbase是车速V的函数,并且具有在高车速侧上相比于低车速侧(其对应于附图中的V=低(实线))更早上升并且更早饱和的趋势并且具有更低的最大值(其对应于附图中的V=高(虚线))(Δφbasemax1>Δφbasemax2)。这是因为车辆10的行为的改变相对于转向轮的转向角的改变更早发生并且随着车速增加而更大。
附带地,基础可允许横摆角偏差Δφbase的最大值被预先经验地调整,使得不超出LKA控制中所允许的最大横向加速度。
之后,将会参照图12描述横摆角偏差校正增益K4。图12是示出了行驶路径半径R与横摆角偏差校正增益K4之间的关系的模式图。
在图12中,横摆角偏差校正增益K4在行驶路径半径R非常小的急剧弯曲区域中采用接近1的最大值(即,近似值;其仅为示例),并且在行驶路径半径R较大的基本直线区域中采用接近0.5的最小值(即,近似值;其仅为示例)。同样,在从急剧弯曲区域向基本直线区域过度的时间段内逐渐地朝向最小值减小。
考虑到基础可允许横摆角偏差Δφbase和横摆角偏差校正增益K4的特性,可允许横摆角偏差Δφcomp在急剧弯曲区域中的VGRS通常目标角输入θinput相对较大的区域中采用接近Δφbasemax(其作为最大值)的值,并且在基本直线区域中的VGRS通常目标角输入θinput相对较小的区域中采用作为最小值的零。
这里,根据上述公式(8),在反馈控制中将可允许横摆角偏差Δφcomp增加到横摆角偏差φ。因此,在由驾驶员进行过度操作来作为转向输入时,随着过度操作的程度增加,允许沿着转向方向的更大的横摆角偏差。即,当车辆10由于过度操作而开始向转向方向偏向时,控制的横摆角偏差φ沿着向由可允许横摆角偏差Δφcomp确定的收敛值收敛的方向,因此目标横向加速度GYTG不再沿着阻止由过度操作引起的转向轮的转向角改变的方向作用。
因此,当存在过度操作时,车辆10能够快速地跟随反映驾驶员的转向意图的目标行驶路径(即,从原始目标行驶路径相应地偏离的虚拟行驶路径)。同时,可允许横摆角偏差Δφcomp是本发明的位置偏差的可允许范围的一个示例,其仅以受限的方式影响横摆角偏差φ的计算。继续确保LKA控制相对于由横向风或道路梯度引起的干扰输入的跟随性和收敛性。即,根据该示例实施例,在防止LKA控制过分干扰过度操作的转向角控制的同时,能够可靠地确保LKA的控制质量。
同时,横摆角偏差校正增益K4与横向偏差校正增益K3之间的关系相对于行驶路径半径R完全相反,使得在行驶路径半径R较小的急剧弯曲区域中,横摆角偏差φ可以被更加支配性地反映在目标横向加速度GYTG的计算中,并且在·e较大的基本直线区域中,横向偏差Y可以被更加支配性地反映在目标横向加速度GYTG的计算中。更具体地,当在车辆10沿直线行驶时过度地允许横摆角偏差(其原本不应当过大)时,车辆10的行为可以容易变得不稳定并且LKA控制的稳定性可能降低,使得当车辆10行驶时,横摆角偏差能够相比于横向偏差更加精确地表示车辆的行为。
如上所述,通过在本示例实施例中的车辆10,当在执行LKA控制的同时确定VGRS致动器200的控制量(其为本发明的转向力施加装置的控制量的一个示例)时,如果存在驾驶员进行的过度操作,对于限定了目标横向加速度GYTG的横向偏差Y和横摆角偏差φ设置允许量,使得相应地允许沿着由过度操作所确定的转向方向的车辆行为。即,从相对的观点来看,目标行驶路径自身沿着与过度操作相关的转向方向移动。因此,驾驶员的转向意图能够被精确地反映到车辆的行为中,而不以任何方式影响LKA控制的收敛性或跟随性。
附带地,在该示例实施例中,通过设置限定了横向偏差Y的可允许横向偏差ΔYcomp和限定了横摆角偏差φ的可允许横摆角偏差Δφcomp来校正该偏差。然而,考虑到这些偏差校正的好处在于在存在过度操作时它们从原始目标行驶路径有效地移动由车辆10跟随的行驶路径的事实,代替这些偏差校正,ECU 100也可以将目标行驶路径自身沿着由过度操作确定的转向方向移动预定量。因此,在存在过度操作时,驾驶员的转向意图可以被反映在目标行驶路径中,使得可以获得如上所述的相同效果。
附带地,在该示例实施例中,省略了在执行LKA控制的同时使得后轮能被转向的ARS致动器600的操作,以保持以上的描述不会变得复杂。当然,在后轮转向中,当后轮被向右转向时,车辆向左转动,并且当后轮被向左转向时,车辆向右转动,因此基础上,可以应用与前轮相关的上述VGRS控制。同样,在该示例实施例中,当在执行LKA控制的同时存在过度操作时,横向偏差Y主要作为相对于行驶正前方的偏差。这假设在具有所谓的四轮转向功能的车辆(诸如本示例实施例中的车辆10)中前后轮的协同相位控制。四轮协调相位控制能够使得在车辆10直线向前行驶时车辆10相对于过度操作的行为极度平滑地改变,同时抑制横摆角偏差的发生。
在第一示例实施例中,当在执行LKA控制的同时存在过度操作时,通过在目标横向加速度GYTG的计算过程中校正横向偏差Y和横摆角偏差φ,将驾驶员的转向意图反映在车辆行为中。然而,除了设置提供给这些不同偏差校正的上述可允许值之外,驾驶员的转向意图也可以被反映在车辆行为中。这种情况之后将会被描述为第二示例实施例。
这里,将会参照图13描述基于此点的本发明的第二示例实施例。图13是示出了在VGRS通常目标角输入θinput与过度校正VGRS目标角θOVR之间的关系的模式图。
图13中的过度校正VGRS目标角θOVR是用在VGRS控制中的步骤S304中的值。即,在第二示例实施例中,根据以下的公式(11)计算VGRS控制中的VGRS最终目标角θTGF。
θTGF=θVG+θLK+θOVR (11)
即,当在执行LKA控制的同时存在过度操作时,VGRS致动器200的控制量被直接校正为增加的。过度校正VGRS目标角θOVR相对于VGRS通常目标角输入θinput的改变特性如附图所示,即,除了与上文所述相同的在不可检测区域和首先区域(即,其被限制为最大值θOVRmax的区域)之外,该改变特性基本单调地增加并且根据车速V而被设置得更大。
以此方式,根据本示例实施例,直接校正了VGRS致动器200的控制量。这里,与在第一示例实施例中的可允许偏差类似,这种类型的校正也在确定LKA控制的收敛性和跟随性的反馈控制逻辑的范围之外,并且因此不影响LKA控制的收敛性和跟随性。因此,能够在没有任何问题的状态下使得由于干扰因素(诸如横向风或道路梯度)所引起的从目标行驶路径的偏离迅速收敛。即,由驾驶员进行的过度操作能够被精确地反映在车辆行为中,而不减小LKA控制的控制质量。
本发明不局限于上述示例实施例。相反,各种修改可以在通过权利要求和说明书整体所理解的本发明的范围内。具有这种修改的车辆控制设备也被包括在本发明的范围内。
本发明可以被用在具有使得车辆跟随目标行驶路径的功能的车辆中。
Claims (9)
1.一种车辆控制设备,其对具有转向力施加装置的车辆进行控制,所述转向力施加装置能够向转向轮施加引起所述转向轮的转向角变化的转向力,所述车辆控制设备的特征在于包括:
偏差检测装置,其被构造为检测规定要保持的目标行驶路径与所述车辆之间的相对位置关系的位置偏差;
确定装置,其被构造为基于所检测到的位置偏差来确定为了将所述车辆(10)的行驶路径保持在所述目标行驶路径上的所述转向力施加装置的控制量;
控制器,其被构造为通过按照所确定的控制量来控制所述转向力施加装置,将所述行驶路径保持在所述目标行驶路径上;
转向输入检测装置,其被构造为检测由驾驶员对转向输入装置的转向输入;以及
校正装置,其被构造为当在所述行驶路径保持在所述目标行驶路径上时检测到所述转向输入时,校正所述控制量的确定基准,使得所检测到的转向输入被反映。
2.根据权利要求1所述的车辆控制设备,其特征在于,所述位置偏差包括所述车辆相对于所述目标行驶路径的横摆角偏差和横向位置偏差中的至少一者。
3.根据权利要求1或2所述的车辆控制设备,其特征在于,所述转向力施加装置包括可变转向角装置,所述可变转向角装置能够改变所述转向输入装置的转向角与所述转向轮的转向角之间的关系,并且所述控制器经由所述可变转向角装置独立于所述驾驶员进行的转向输入而改变所述转向轮的转向角。
4.根据权利要求1到3中任意一项所述的车辆控制设备,其特征在于,所述确定基准是规定所述位置偏差的条件。
5.根据权利要求4所述的车辆控制设备,其特征在于,规定所述位置偏差的条件是所述目标行驶路径,并且所述校正装置使得所述目标行驶路径向由所检测到的转向输入规定的转向方向偏移。
6.根据权利要求4所述的车辆控制设备,其特征在于,规定所述位置偏差的条件是所述位置偏差的可允许范围,并且在检测到所述转向输入时,所述校正装置相比于没有检测到所述转向输入时扩大所述可允许范围。
7.根据权利要求1到6中任意一项所述的车辆控制设备,其特征在于,所述转向输入检测装置能够检测所述转向输入的程度,并且所述校正装置随着所检测到的转向输入增加而增加所述确定基准的校正量。
8.根据权利要求1到7中任意一项所述的车辆控制设备,其特征在于,所述校正装置按照所述车辆的行驶条件来改变所述确定基准的校正量。
9.根据权利要求1到8中任意一项所述的车辆控制设备,其特征在于,所述校正装置在由上限值规定的预定限制范围内校正所述确定基准。
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