专利名称：车辆转向控制装置和方法
技术领域：
本发明涉及具有自动转轮控制功能的车辆转向控制装置。
背景技术：
在现有技术的车辆转向控制装置中，当进行例如车道保持控制的、用于与方向盘 的操作无关地自动控制转向车轮的转轮角的自动转轮控制时，根据转向车轮的转轮角来设 置转向角(例如，参见以下专利文献I)。由此，避免了转向角和车辆运行状况之间的不一 致，从而抑制给驾驶员带来的不舒适感觉。
专利文献1:日本特开2006-264374发明内容
然而，在上述现有技术中，方向盘总是接收所生成的路面反力。同时，为了维持根 据转向车轮的转轮角所设置的转向角，方向盘总是接收用于平衡该路面反力的转矩。因此， 例如，当驾驶员在自动转轮控制期间进行校正转向操作等的微小转向操作(操纵)时，驾驶 员需要施加大的力，这使得该驾驶员感觉到方向盘受约束。现有技术中已经存在这种问题。
通过关注上述问题，本发明的目的在于提供被设计成能够防止驾驶员在自动转轮 控制期间感觉到对方向盘的约束的车辆转向控制装置和方法。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，在正常控制时，通过将车辆直线行驶 时转向角的值定义为转向反力等于O时转向角的值，来控制要施加至方向盘的转向反力； 以及在自动转轮控制时，通过将根据自动转轮的目标转轮角所设置的转向角的值定义为转 向反力等于O时转向角的值，来控制转向反力。
根据本发明的一个方面，提供一种车辆转向控制装置，其中，方向盘与用于使转向 车轮转动的转轮机构机械分离；所述车辆转向控制装置被配置为进行正常控制，所述正常 控制用于基于根据方向盘的转向角所设置的第一目标转轮角来控制转向车轮的转轮角；所 述车辆转向控制装置被配置为进行自动转轮控制，所述自动转轮控制用于基于根据车辆的 行驶状态所设置的第二目标转轮角来控制转向车轮的转轮角；以及其中，所述车辆转向控 制装置包括反力控制部，所述反力控制部被配置为在所述正常控制时，通过将车辆直线行 驶时的转向角定义为转向反力等于O时的转向角，来控制要施加至方向盘的转向反力，以 及在所述自动转轮控制时，通过将根据所述第二目标转轮角所设置的转向角定义为转向反 力等于O时的转向角，来控制转向反力。
根据本发明的另一方面，提供一种车辆转向控制方法，包括进行正常控制，所述 正常控制用于基于根据方向盘的转向角所设置的第一目标转轮角来控制转向车轮的转轮 角，其中，方向盘与用于使转向车轮转动的转轮机构机械分离；进行自动转轮控制，所述自动转轮控制用于基于根据车辆的行驶状态所设置的第二目标转轮角来控制转向车轮的转 轮角；在所述正常控制时，通过将车辆直线行驶时的转向角定义为转向反力等于O时的转 向角，来控制要施加至方向盘的转向反力，以及在所述自动转轮控制时，通过将根据所述第 二目标转轮角所设置的转向角定义为转向反力等于O时的转向角，来控制转向反力。
图1是应用了根据本发明第一实施例的车辆转向控制装置的线控转向 (steer-by-wire)系统的示意结构图。
图2A是针对车道保持控制时的横向位置的增益映射。
图2B是针对车道保持控制时的横摆角的增益映射。
图2C是针对车道保持控制时的曲率的增益映射。
图3是第一实施例中的转向控制器10的控制框图。
图4是针对第一实施例中与目标偏差角相应的目标转轮角相加量的设置映射。
图5是第一实施例中的转轮反力校正部IOf的框图。
图6是针对第一实施例中的增益KO的设置映射。
图7是针对第一实施例中的增益Kl的设置映射。
图8是示出第一实施例中在从自动转轮控制切换至正常控制时校正转轮反力的 方法的说明图。
图9A是针对第一实施例中用于转向反力控制的增益d的设置映射。
图9B是针对第一实施例中用于转向反力控制的增益e的设置映射。
图10是在自动转轮控制时在使目标偏差角随时间的经过而增大的情况下的目标 转轮角相加量、转向反力、转向角、实际转轮角、实际转轮反力以及校正后的转轮反力的时 间图。
图11是第二实施例中的转向控制器10的控制框图。
图12是针对第二实施例中的增益S的设置映射。
图13是第二实施例中的偏置角计算部IOg的控制框图。
图14是第三实施例中的转向控制器10的控制框图。
图15是第四实施例中的转向控制器10的控制框图。
图16是第四实施例中的偏置角计算部IOh的控制框图。
具体实施方式
以下将基于各实施例来解释用于执行本发明的最佳模式。
第一实施例
首先，将解释结构。
图1是应用了根据本发明第一实施例的车辆转向控制装置的线控转向系统的示 意结构图。即，第一实施例中的车辆转向控制装置是所谓的线控转向(SBW)系统，在该线控 转向系统中，方向盘I从用于使前车轮(转向车轮)2、2转动的转轮机构3机械分离或脱离。
支撑方向盘I的柱轴4设置有反力马达(反力机构)5和转向角传感器6。反力马 达5用于向方向盘I施加转向反力。转向角传感器6用于检测作为转向角的柱轴4的旋转角，其中该转向角是方向盘I相对于直线行驶状态的旋转角。转轮机构3配置有转轮马达 7和转轮角传感器9。转轮马达7用于将用于使前车轮(转向车轮)2、2转动的转轮转矩施加至转轮机构3。转轮角传感器9用于检测作为转轮角的小齿轮轴8的旋转角，其中该转轮角是前车轮2、2相对于直线行驶状态的旋转角。小齿轮轴8通过齿条16与前车轮2、2机械相连接。小齿轮轴8的旋转使齿条16沿其轴方向移动，从而使前车轮2、2转动。因此， 可以通过感测小齿轮轴8的旋转角来检测转轮角。
由转向控制器(反力控制部或部件)10来控制反力马达5和转轮马达7。转向控制器10接收从转向角传感器6得出的转向角和从转轮角传感器9得出的转轮角。另外，转向控制器10接收从齿条轴力传感器(转轮反力检测部或部件)11得出的转轮反力、从车辆速度传感器12得出的车辆速度(车体速度)、从横摆率传感器13得出的横摆率、从摄像机 14得出的拍摄图像以及从自动转轮控制开关15(在下文称为SW)得出的自动转轮控制选择信号。齿条轴力传感器11用于检测从前车轮2、2沿齿条16的轴方向所输入的力。
自动转轮控制开关15是用于通过驾驶员(即，方向盘操作员)的开/关(οη/ο ) 操作来选择车道保持控制的自动转轮控制的开关。在正从自动转轮控制开关15输出关信号时，转向控制器10执行正常控制。该正常控制表示一般的SBW控制。S卩，在该正常控制时，根据方向盘I的转向角和车辆速度来设置目标转轮角(第一目标转轮角)，然后通过驱动转轮马达7使前车轮2、2转动以获得所设置的第一目标转轮角。同时，通过利用与由齿条轴力传感器11检测到的转轮反力(路面反力)相对应的转矩来驱动反力马达5，将转向反力施加至方向盘I。
通过基于转向齿轮比(转向角相对于转轮角的比)的转向角和转轮角之间的关系来设置第一目标转轮角。该转向齿轮比根据车辆速度而变化。例如，通过在低车速区域中减小转向齿轮比(即，通过相对于转轮角减小转向角)来提高车辆的转弯性能，并且通过在高车速区域中增大转向齿轮比(即，通过增大转向角相对于转轮角的比)来提高行驶稳定性。此外，由于与转轮角相应的转轮反力在直线行驶时取其最小值，因此通过将直线行驶时给定的转向角定义为(转向反力的)最小反力位置，来设置转向反力。该转向反力具有随着转轮反力变大而变大的特性。
另一方面，当正从自动转轮控制开关15输出开信号时，转向控制器10执行自动转轮控制，直到满足预定解除(取消)条件为止。该自动转轮控制自动使前车轮2、2转动，而与驾驶员对方向盘I的操作无关。根据本发明，该自动转轮控制表示车道保持控制等的用于根据情形自动使前车轮2、2转动的控制。在车道保持控制时，由摄像机14识别出位于车辆前方的车道标记(车道记号)，并且设置前车轮2、2的目标转轮角(第二目标转轮角)以使本车辆维持在车道内。由此，通过驱动转轮马达7使前车轮2、2自动转动，从而使前车轮2、2的转轮角达到所设置的目标转轮角。在以下解释中，将上述正常控制时的目标转轮角描述为“第一目标转轮角”，并将上述自动转轮控制时的目标转轮角描述为“第二目标转轮角”。此外，将正常控制和自动转轮控制时的这些目标转轮角统称为“目标转轮角”。
在第一实施例中，通过将目标偏差角与根据转向角和车辆速度所设置的第一目标转轮角相加，来计算自动转轮控制时的第二目标转轮角。换言之，该目标偏差角是自动转轮控制的第二目标转轮角与根据转向角和车辆速度所确定的第一目标转轮角之间的差。
例如，在第一实施例的车道保持控制时，基于以下公式来计算目标偏差角。
目标偏差角=AX(相对于车道的横向位置)+BX (相对于车道的横摆角)+CX (车道的曲率)
其中，A、B和C是增益，并且根据图2A 2C所示的增益映射计算出这些增益。
即，在车道保持控制时，针对相对于车道的横向位置、相对于车道的横摆角和车道的曲率设置了 3个增益，使得调整相对于车道的跟随程度。可以基于由摄像机14拍摄到的图像来检测这些相对于车道的横向位置、相对于车道的横摆角和车道的曲率。
作为自动转轮控制的解除条件，可以列举驾驶员的转向介入、驾驶员的制动操作等。该转向介入表示车道改变的情况或障碍物躲避操作的情况等的、可以从转向角传感器6 获得的实际转向角与根据第二目标转轮角所设置的转向角的值相差较大的情况。即，在校正转向操作等的具有允许维持车辆的直线行驶状态或转弯状态的程度的微小转向操作的情况下(即，在维持车辆的转向状态时所进行的微小转向操作的情况下)，不解除或停止自动转轮控制。此外，第二目标转轮角和“根据第二目标转轮角所设置的转向角”之间的关系与正常控制时通过转向齿轮比所确定的转向角和转轮角之间的关系相同。因此，可以通过将第二目标转轮角乘以转向齿轮比来计算“根据第二目标转轮角所设置的转向角”。
图3是第一实施例中的转向控制器10的控制框图。如图3所示，转向控制器10 包括转轮角计算部10a、角度伺服计算部10b、转向反力计算部10c、自动转轮计算部10d、目标偏差角校正部IOe和转轮反力校正部IOf。
在执行自动转轮控制开关15为开的自动转轮控制时，自动转轮计算部IOd计算目标偏差角。如上所 述，该目标偏差角是自动转轮控制的第二目标转轮角与根据转向角和车辆速度所得出的第一目标转轮角之间的差。将计算出的目标偏差角分别输出至转向反力计算部10c、目标偏差角校正部IOe和转轮反力校正部IOf。此外，在自动转轮控制开关15为关的正常控制时，该自动转轮计算部IOd不输出目标偏差角(即，输出值O)。
目标偏差角校正部IOe输出与从自动转轮计算部IOd接收到的目标偏差角相对应的目标转轮角相加量。将所输出的该目标转轮角相加量与从转轮角计算部IOa输出的目标转轮角相加。如图4所示，当目标偏差角的绝对值小于或等于预定值I α I时，目标转轮角相加量与该目标偏差角的绝对值成比例。当目标偏差角的绝对值大于预定值I α I时，目标转轮角相加量取恒定值(两个恒定值)。此外，当目标偏差角等于O时，即当正在执行自动转轮控制开关15为关的正常控制时，将值O作为目标转轮角相加量而输出。
在第一实施例中，将从驾驶员看的右转向或转轮方向定义为正(+)方向，并将从驾驶员看的左转向或转轮方向定义为负(_)方向。
转轮角计算部IOa根据转向角和车辆速度设置车辆的目标横摆率，并且计算能够实现所设置的该目标横摆率的前车轮2、2的第一目标转轮角。将通过将从目标偏差角校正部IOe输出的目标转轮角相加量与由转轮角计算部IOa计算出的第一目标转轮角相加所获得的第二目标转轮角输入至角度伺服计算部10b。角度伺服计算部IOb计算用于使实际转轮角达到第二目标转轮角的转轮命令电流，使得通过伺服控制来控制转轮马达7。如上所述，在自动转轮控制开关15为关的正常控制时，从目标偏差角校正部IOe输出的目标转轮角相加量等于O。因此，在正常控制时，第一目标转轮角的值等于从第一目标转轮角和目标转轮角相加量的和所得的第二目标转轮角的值。
将由齿条轴力传感器11检测到的转轮反力输入至转轮反力校正部IOf。当正在执行自动转轮控制开关15为开的自动转轮控制时，转轮反力校正部IOf将校正后的转轮反力 输出至转向反力计算部10c。通过对由齿条轴力传感器11检测到的转轮反力进行校正以 从由齿条轴力传感器11检测到的转轮反力中仅去除(消除)稳定状态转轮反力(分量)， 来获得该校正后的转轮反力。另一方面，当正在执行自动转轮控制开关15为关的正常控制 时，转轮反力校正部IOf将由齿条轴力传感器11检测到的转轮反力照原样输出至转向反力 计算部10c。以下是对转轮反力校正部IOf中的这些处理的详细解释。
图5是第一实施例中的转轮反力校正部IOf的框图。转轮反力校正部IOf包括减 法器(差计算器)16a、乘法器16b、积分器16c和减法器16d。
减法器16a将检测到的转轮反力与从积分器16c输出的转轮反力校正值之间的差 输出至乘法器16b。
乘法器16b将通过将该差乘以积分增益K所获得的值输出至积分器16c。积分增 益K满足以下公式。
K=K0XK1(0 1)
其中，KO和Kl表示增益。
乘法器16b在积分增益K等于O (K=O)时维持积分值，并且随着积分增益K接近I 而增大积分速率(积分速度)。
此外，如图6所示，增益KO在目标偏差角等于O时等于0，并且随着目标偏差角的 绝对值变大而变大。如图7所示，增益Kl在目标偏差角的变化量等于O时等于0，并且随着 目标偏差角的变化量的绝对值变大而变大。因此，由于在正常控制时目标偏差角等于0，因 此在正常控制时积分增益K取O (K=O)。
积分器16c将通过对乘法器16b的输出进行积分所获得的转轮反力校正值输出至 减法器16a和减法器16d。
减法器16d将检测到的转轮反力与转轮反力校正值之间的差输出至转向反力计 算部IOc0
如从以上可以理解，在正常控制时，由于增益K等于O (K=O)，因此转轮反力校正值 等于O。因此，在正常控制时，转轮反力校正部IOf不对从齿条轴力传感器11输入的反力进 行校正，而是将该反力照原样输出至转向反力计算部10C。
另一方面，在自动转轮控制时，由于基于目标偏差角来设置增益K，因此根据增益 K来计算转轮反力校正值。由此，转轮反力校正部IOf对转轮反力进行校正以使该转轮反力 接近0，并将校正后的转轮反力输出至转向反力计算部10c。即，如果所输入的转轮反力处 于稳定状态，则转轮反力校正部IOf将校正后的转轮反力输出至转向反力计算部10c。换言 之，从所输入的转轮反力中去除自校准转矩等的由于转轮角所引起的稳定反力；并由此仅 将由于路面的粗糙(凹凸)等所引起的瞬时反力作为校正后的转轮反力输出至转向反力计 算部IOc0
当自动转轮控制开关从开变为关时(在从自动转轮控制转变为正常控制时)，转 轮反力校正部IOf使转轮反力校正值逐渐变为O。例如，这可以通过如图8所示为积分器 16c的内部设置用于逐渐减小从积分器16c输出的转轮反力校正值的功能块来实现。由此， 当解除自动转轮控制时，可以利用不给驾驶员带来不舒适感觉的时间段“a”使转轮反力校 正值逐渐变为等于O。
转向反力计算部IOc根据从转轮反力校正部IOf接收到的转轮反力、车辆速度和目标偏差角，计算目标转向反力。然后，转向反力计算部IOc计算可以获得目标转向反力的反力马达5用的转向反力命令电流，并通过使用该转向反力命令电流来驱动反力马达5。将目标转向反力设置为随着从转轮反力校正部IOf输入的转轮反力变大或者随着车辆速度变高而变大。
此外，当从自动转轮计算部IOd输入的目标偏差角的绝对值大于预定值I α I时， 转向反力计算部IOc基于该目标偏差角的绝对值来施加转向反力。在稳定状态下，第一目标转轮角和实际转向角之间的关系对应于转向齿轮比的现有(当前)值。因此，基于目标偏差角的绝对值来施加转向反力的结构等同于根据实际转向角与依赖于第二目标转轮角所设置的转向角的值之间的差来施加转向反力的结构。由此，可以旋转方向盘I直到依赖于第二目标转轮角所设置的转向角为止(即，直到通过将第二目标转轮角乘以转向齿轮比所确定的转向角的值为止)。
注意，“旋转方向盘I直到所设置的转向角为止”表示在驾驶员未抓住方向盘I的情况下施加使方向盘I旋转直到(满足)所设置的转向角的值为止的水平的转向反力的处理。在下文，将该处理简单表示为“旋转方向盘I”。
另一方面，当目标偏差角的绝对值低于或等于预定值I α I时，迫使基于目标偏差角的绝对值的转向反力等于O。即，使与实际转向角与依赖于目标转轮角所设置的转向角之间的差相应的转向反力为O。预定的α是即使不旋转方向盘I而使前车轮2、2转动、也能够抑制车辆运行状况的变化从而不给驾驶员带来不舒适感觉的目标偏差角的值(例如，转轮角约O. 3° )。
在第一实施例中，例如通过使用以下公式，相对于实际转向角与依赖于第二目标转轮角所设置的转向角之间的偏差(差)△ Θ来设置作为微分项和稳态项的和的目标转向反力。
公式I
权利要求
1.一种车辆转向控制装置，其中，方向盘与用于使转向车轮转动的转轮机构机械分离；所述车辆转向控制装置被配置为进行正常控制，所述正常控制用于基于根据方向盘的实际转向角所设置的第一目标转轮角来控制转向车轮的转轮角；所述车辆转向控制装置被配置为进行自动转轮控制，所述自动转轮控制用于基于根据车辆的行驶状态所设置的第二目标转轮角来控制转向车轮的转轮角；以及其中，所述车辆转向控制装置包括反力控制部，所述反力控制部被配置为在所述正常控制时，通过将车辆直线行驶时的转向角定义为转向反力等于O时的转向角，来控制要施加至方向盘的转向反力，以及在所述自动转轮控制时，通过将根据所述第二目标转轮角所设置的转向角定义为转向反力等于O时的转向角，来控制转向反力；所述车辆转向控制装置还包括转轮反力检测部，所述转轮反力检测部被配置为检测作用于转向车轮的转轮反力；以及所述反力控制部被配置为在所述正常控制时，施加与检测到的转轮反力相应的转向反力，以及在所述自动转轮控制时，抑制与检测到的转轮反力相应的转向反力，并且施加与实际转向角和根据所述第二目标转轮角所设置的转向角之间的偏差相应的转向反力。
2.根据权利要求1所述的车辆转向控制装置，其中，所述反力控制部被配置为施加与检测到的转轮反力中预定频率以上的转轮反力相应的转向反力。
3.根据权利要求2所述的车辆转向控制装置，其中，所述反力控制部被配置为当解除所述自动转轮控制时，将转向反力等于O时的转向角逐渐返回至车辆直线行驶时的转向角。
4.一种车辆转向控制方法，包括进行正常控制，所述正常控制用于基于根据方向盘的实际转向角所设置的第一目标转轮角来控制转向车轮的转轮角，其中，方向盘与用于使转向车轮转动的转轮机构机械分离；进行自动转轮控制，所述自动转轮控制用于基于根据车辆的行驶状态所设置的第二目标转轮角来控制转向车轮的转轮角；在所述正常控制时，通过将车辆直线行驶时的转向角定义为转向反力等于O时的转向角，来控制要施加至方向盘的转向反力，以及在所述自动转轮控制时，通过将根据所述第二目标转轮角所设置的转向角定义为转向反力等于O时的转向角，来控制转向反力；检测作用于转向车轮的转轮反力；在所述正常控制时，施加与检测到的转轮反力相应的转向反力，以及在所述自动转轮控制时，抑制与检测到的转轮反力相应的转向反力，并且施加与实际转向角和根据所述第二目标转轮角所设置的转向角之间的偏差相应的转向反力。
全文摘要
在自动转轮控制时，转向控制器使用根据自动转轮时的目标转轮角所设置的转向角作为反力为0时的转向角，并且根据反力为0时的转向角与实际转向角之间的偏差来控制转向反力。
文档编号B62D111/00GK102991576SQ20121055371
公开日2013年3月27日 申请日期2008年7月31日 优先权日2007年8月2日
发明者铃木拓, 江口孝彰, 蔡佑文, 吉泽弘之, 西田雪德 申请人:日产自动车株式会社