CN102971200B - 用于车辆的控制装置和控制方法 - Google Patents

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Abstract

在对设置有转向转矩提供装置和转向传动比变化装置的车辆的控制当中，所述转向转矩提供装置向与转向轮连接的转向装置提供转向转矩，并且所述转向传动比变化装置改变转向传动比，所述控制包括：设定用于将车辆（10）保持在目标车道内的目标状态量；控制转向传动比变化装置（200，600），使得车辆（10）的状态量变为所设定的所述目标状态量；控制转向转矩提供装置，使得在车辆被保持在目标车道内时，向转向装置提供作为所述转向转矩的、对在转向装置中产生的转向反作用力转矩进行限制的转向反作用力限制转矩；以及在产生来自车辆（10）的驾驶员的转向输入时，基于转向输入来校正转向反作用力限制转矩。

Description

用于车辆的控制装置和控制方法
技术领域
本发明涉及用于车辆的控制装置和控制方法，其能够在配备有各种转向辅助装置（例如电子控制助力转向（EPS）、可变速比转向（VGRS）和后轮主动转向（ARS））的车辆中执行各种类型的驾驶员辅助控制（例如车道保持辅助（LKA））。
背景技术
已经提出了这类能够通过电动助力转向装置和转向角变化装置引起车辆执行车道保持行驶的装置（例如，见日本专利申请公开2007-160998号（JP-A-2007-160998））。利用JP-A-2007-160998所揭示的用于车辆的转向控制装置，在车道保持行驶期间，控制电动助力转向装置以基于曲率获得目标转向角，并且，通过转向角变化装置来控制在相对于车道的横向方向上车辆位置的变化或横摆角，从而可以有效地将车辆保持在目标车道内。
同样公知的是基于用于将车辆保持在目标车道内的目标转向角Δδt1和用于使车辆行为趋近于标准状态的目标转向角Δδts来设定目标转向角Δδt（例如，见日本专利申请公开2006-143101号（JP-A-2006-143101））。
当通过转向轮的转向角控制将车辆保持在目标车道内时，作为转向角控制的对象的转弯轮可以是转向轮（与转向装置连接的车轮，优选地为前轮）或者非转向轮，并且在与转向轮机械连接的转向装置（其是将转向输入传递到转向轮的装置的一般性概念，这些装置包括各种转向输入装置，例如转向传递机械装置、各种转向轴、以及方向盘）中产生各种转向反作用力转矩。
因为转向反作用力转矩沿着与期望的转向角改变相干扰的方向作用，所以例如通过利用转向输入装置沿着与转向相反方向转向，将对车辆行为产生扰动，并且除非采取某些对抗这种转向反作用力转矩的措施，否则将车辆保持在目标车道内会较困难。
在JP-A-2007-160998所揭示的装置中，虽然使用了多个转向装置（即，电动助力转向装置和转向角改变装置），但是各个装置仅单独地负责与车道保持相关的控制的一部分，因此难以避免这样的转向反作用力转矩的效果。因此，在实际操作中，驾驶员应该向转向装置施加对抗这种转向反作用力转矩的转向维持转矩，并且难以实现所谓脱手操作。
具体而言，当驾驶员维持转向输入装置的转向时所需的转向维持转矩响应于与驾驶员的意图无关地改变的转向反作用力转矩而改变。因此，当驾驶员经由转向输入装置提供转向维持转矩时，实际上近似于不可能排除驾驶员不舒适的可能性，并且难以避免驾驶性的降低。
因此，利用JP-A-2007-160998所揭示的装置，当车辆保持在目标车道内时难以避免驾驶性的降低。同样的情况也适用于对于转向反作用力转矩既没有公开也没有启示的JP-A-2006-143101。
发明内容
本发明提供了用于车辆的控制装置和控制方法，其能够将车辆保持在目标车道内而不降低驾驶性。
本发明的第一方面涉及一种控制装置，其对设置有转向转矩提供装置和转向传动比变化装置的车辆进行控制，所述转向转矩提供装置向与转向轮连接的转向装置提供转向转矩，并且所述转向传动比变化装置改变转向传动比。所述控制装置包括：设定单元，其设定用于将所述车辆保持在目标车道内的目标状态量；第一控制单元，其控制所述转向传动比变化装置，使得所述车辆的状态量变为所设定的所述目标状态量；第二控制单元，其控制所述转向转矩提供装置，使得在所述车辆被保持在所述目标车道内时，向所述转向装置提供作为所述转向转矩的、对在所述转向装置中产生的转向反作用力转矩进行限制的转向反作用力限制转矩；以及校正单元，在产生来自所述车辆的驾驶员的转向输入时，所述校正单元基于所述转向输入来校正所述转向反作用力限制转矩。
根据本发明第一方面的车辆设置有转向转矩提供装置和转向传动比变化装置。
根据本发明第一方面的转向转矩提供装置是向转向装置（例如，电控助力转向装置）提供转向转矩的装置。
根据本发明第一方面的“转向装置”是包括各种转向输入装置（例如，驾驶员提供转向输入所借助的方向盘）并包含能够物理或机械地连接到转向轮并物理地将转向输入传递到转向轮的装置的概念。根据本发明第一方面的“转向转矩”意味着在根据这种概念的转向装置中所作用的、引起转向轮的转向角的变化的转矩。
在考虑这种概念的情况下，并非处于与转向输入装置物理连接的关系的转向装置至少与根据本发明第一方面的转向装置不同。这是因为，无论针对引起并非处于与转向输入装置连接关系的转向轮的转向角的变化的转矩执行的控制如何，均没有实现经由根据本发明第一方面的转向设备来限制下述转向反作用力转矩的作用。
此外，在考虑这种概念的情况下，由驾驶员经由各种转向输入装置人工提供的转矩也可以是某些类型的转向转矩，但这种人工提供的转向转矩至少在本申请中被特别称为“来自驾驶员的输入转矩”。
转向传动比变化装置表示以二级、多级或连续方式改变转向传动比的装置，例如，诸如VGRS之类的前轮转向角变化装置或诸如ARS之类的后轮转向角变化装置。
如本文所涉及的“转向传动比”表示转向轮（在此情况下的转向轮不限于通过前述转向转矩提供转向角变化的车轮）的转向角和转向角（即，其表示转向输入装置的操作角（对此，为方向盘的转角））的比率。因此，无论驾驶员的意图如何（例如，当驾驶员停止控制转向输入装置时，或仅当转向输入装置被转向时），转向传动比变化装置可以与转向输入装置的操作状态相独立地控制前轮、后轮、或前轮和后轮两者的转向角，并且理论上可以改变车辆的前进方向。
根据物理结构的观点，转向转矩提供装置和转向传动比变化装置的至少一部分可以与所述概念的转向装置相同或为两倍结构。
根据本发明的用于车辆的控制装置控制的这种车辆可以包括各种存储装置（例如一个或多个中央处理单元（CPU）、微处理单元（MPU）、其他处理器或控制器，或者只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、缓存或闪存），并可以是各种处理单元的形式，例如单个电子控制单元（ECU）或多个这种单元、各种控制器和例如微计算机装置的各种计算机系统。
利用根据本发明第一实施例的用于车辆的控制装置，当使该装置进行工作时，通过设定单元设定用于将车辆保持在目标车道内的目标状态量。
根据本发明第一实施例的“目标状态量”是车辆的状态量的目标值。此外，与目标状态量相关的“车辆的状态量”是使得可以在实现将车辆保持在目标车道内的这种特征时展示了实际有效效果的状态量。车辆的状态量的一个优选示例可以是确定车辆的转弯行为的状态量。因此，车辆的状态量包括与例如横摆率、车身滑移角（车辆相对于转弯切向的角度；表示由车身方向和车身的瞬时前进方向形成的角度）或横向加速度对应的值。
在本发明的第一方面中，基于作为能够称为用于将车辆保持在目标车道内的参照值的物理量的位置状态差（即，确定车辆与车辆应该保持在其内的目标车辆之间的相对位置关系的差，更具体而言，作为优选示例，相对于目标车道的横向车辆位置差或横摆角差），或基于位置状态差并参照例如车速之类的行驶状况，来设定目标状态量。在此情况下，目标状态量可以与各种参数值相关地对应并预先存储在合适的存储装置中，或可以根据需要通过合适的运算规则或运算公式来获得。
在根据本发明的用于车辆的控制装置中，当这样设定目标状态量时，由第一控制单元控制转向传动比变化装置，使得车辆的状态量变为预设目标状态量。
只要由转向传动比变化装置执行的转向轮的转向角控制可以有效地发挥作用，则当将车辆保持在目标车道内时，仅通过转向传动比变化装置的作用，不需要使第一控制单元使车辆的状态量向目标状态量移动。因此，只要当通过转向传动比变化装置将车辆保持在目标车道内时所需的方向盘的转向角变化的至少一部分通过转向传动比变化装置得到确保，则在所需的转向角变化量中由第一控制单元执行的控制所提供的转向角变化量的比率不受特别限制。
更具体而言，当将车辆保持在目标车道内时最优且有利的转向角并不是唯一确定的，并且转向传动比变化装置不具有将转向输入装置切换为期望转向方向的功能（下述转向反作用力转矩是沿着不期望转向方向作用的转矩）。因此，当不等于零的恒定或可变角值被用作转向角时，从实际的观点看，协同控制模式也将是充分有效的。在此模式下，在例如经由合适的转向转矩提供装置提供转向转矩并由转向转矩提供期望转向角变化和由此得到的车轮转向角的情况下，由转向传动比变化装置来加载转向角变化量。
当通过控制车辆的状态量来控制车辆的转弯行为并通过某种自动转向来将车辆保持在目标车道内时，可以在转向装置中作用由各种因素引起的转向反作用力转矩。这些因素的示例包括各种物理特性，作为能够合适地包括惯性阻力、粘性阻力和转向装置自身的摩擦阻力的概念、转向转矩提供装置中相似类型的各种物理特性、或转向轮的自对准转矩。转向反作用力转矩是被作用以使转向输入转置沿着与初始转弯反向相反的方向转动的反作用力转矩，因此可以通过使得处于其中驾驶员不提供转向维持力的所谓脱手行驶模式下的转向输入装置沿着相反方向转动而影响车辆的操作控制。
为了解决此问题，在根据本发明第一方面的用于车辆的控制装置中，经由转向转矩提供装置提供转向反作用力转矩限制转矩，作为上述转向转矩的至少一部分。转向反作用力限制转矩是显示转向反作用力转矩的转矩，优选地是抵消转向反作用力转矩或将转向反作用力转矩减小到即使当驾驶员没有提供转向维持转矩时也不会对于车辆行驶控制造成问题的转矩。在转向反作用力限制转矩和转向反作用力转矩由此彼此抵消的情况下，即使不提供抵抗至少转向反作用力转矩作用的转向维持转矩时，理想地，即使手脱离转向输入装置时，车辆也可以无障碍地保持在目标车道内。
但是，在通过第一和第二控制单元将车辆保持在目标车道内的处理中会发生基于驾驶员意图的转向输入装置的操作，即强制操作。强制操作可以是至少两种类型：应当使针对将车辆保持在目标车道内的控制停止的相对较大程度的强制操作，以及在针对将车辆保持在目标车道内的控制中反映驾驶员意图的较小程度的强制操作。
与前者相反，在后者情况下，车辆继续保持在目标车道内。结果，会发生如下情况，由驾驶员执行的强制操作和经由转向转矩提供装置进行的上述转向反作用力限制转矩的提供在实际上不能忽略的时段内并在实际上不能忽视的程度上彼此干扰。因为转向反作用力转矩是与驾驶员意图无关地并与持续试图将车辆保持在目标车道内的自动转向对应地提供的转矩，在发生这种干扰的情况下，无论驾驶员是否提供恒定转向输入，在转向输入装置中产生的转向转矩改变，并且转向感受劣化。
因此，在根据本发明的第一方面的用于车辆的控制装置中，以下述方式限制这样的转向感受劣化。因此，根据本发明第一方面的用于车辆的控制装置被配置为包括校正单元，其基于当由驾驶员产生这种转向输入时的转向输入来校正转向反作用力转矩。
如本文所涉及的“来自驾驶员的转向输入”表示经由转向输入装置提供的反映驾驶员的转向意图的物理输入。从实际的观点，转向输入可以处于能够确定输入的各种物理量和控制量的形式。例如，转向输入可以适当地包括驱动输入转矩等价值、转向角等价值、转向角速度等价值、和转向角加速度等价值。此外，由驾驶员提供的转向方向也被处理作为这种转向输入。
转向反作用力限制转矩使得可以实现对包括来自驾驶员的转向输入在内的转向反作用力转矩的限制，以及通过基于可以处于各种形式的来自驾驶员的转向输入来校正转向反作用力限制转矩以限制转向感受的劣化。
因此，在维持将车辆保持在目标车道内的控制的情况下、当由驾驶员执行强制操作时发现了新的问题，即不仅通过将车辆保持在目标车道内所引起的转向反作用力转矩，而且被指定为限制此转向反作用力转矩的转向反作用力限制转矩均可以称为使得驾驶员不舒适的转向负荷，并在根据本发明第一方面的用于车辆的控制装置中，基于将与强制操作对应的转向输入结合到转向反作用力限制转矩的控制处理当中的技术想法来限制转向感受的劣化。因此，超越任何未考虑此问题的技术想法而清楚地获得了显著的实际优点。
在与无任何校正的情况比较而言改善了驾驶员的转向感受的情况下，由校正单元执行的校正模式不受任何方式的限制。此外，校正单元的操作可以在由文字“校正”所一般表示的操作范围以外的区域内执行。例如，校正单元和第二控制单元的操作可以在控制处理当中至少部分地彼此一体进行。或者，与这种校正单元相关的操作可以作为第二控制单元的操作来执行。
此外，校正单元可以通过将转向反作用力限制转矩和转向反作用力转矩的总和保持在期望值，或者使该总和收敛于或趋近于期望值，来确保对于强制操作的期望转向感受。因此，转向反作用力限制转矩可以受到控制，使得强制操作可以在基本无负荷的模式下执行，并且转向反作用力限制转矩也可以受到控制，使得施加恒定的转向负荷（对应于所谓“响应感受”）。
在根据本发明第一方面的用于车辆的控制装置中，校正单元可以基于与所述转向输入相关的转向方向来校正所述转向反作用力限制转矩。
能够确定转向反作用力转矩的转向装置或转向转矩提供装置的摩擦阻力与惯性阻力或粘性阻力不同，并响应于转向方向的符号（表示转向角速度的符号）在两个值之间改变。因此，也可以需要使转向反作用力限制转矩响应于转向方向的符号在两个值之间改变。因此，当对由于车辆保持在目标车道内产生的转向反作用力转矩进行限制的转向反作用力限制转矩的产生方向与强制方向（驾驶员的转向输入）不同时，驾驶员的转向负荷可以在强制操作处理中迅速地改变。
利用这种结构，因为基于表示驾驶员输入转矩产生方向的转向方向来校正转向反作用力限制转矩，所以可以减轻具体而言与这种摩擦阻力相关的转向反作用力限制转矩对转向感受的影响，并可以有利地限制转向感受的劣化。
在根据本发明第一方面的用于车辆的控制装置中，所述转向输入可以是来自所述驾驶员的输入转矩，并且所述校正单元基于所述输入转矩来校正所述转向反作用力限制转矩。
利用这种结构，因为基于驾驶员输入转矩来校正转向反作用力限制转矩，可以有利地限制转向感受的劣化。
运动方程清楚地表明，与驾驶员输入转矩对应的转向力与转向角加速度成正比。因此，校正单元可以基于与转向输入相关的角加速度来校正转向反作用力限制转矩（即，下述驾驶员输入角相对于时间的二阶微分）。
此外，因为转向角加速度可以确定转向装置和转向转矩提供装置的惯性阻力，所以当基于这种转向角加速度来校正转向反作用力限制转矩时，可以减轻与这种惯性阻力相关的转向反作用力限制转矩对转向感受的影响。
在根据本发明第一方面的用于车辆的控制装置中，转向输入可以是来自所述驾驶员的输入角，并且所述校正单元基于所述输入角来校正所述转向反作用力限制转矩。
利用这种配置，因为基于驾驶员输入角来校正转向反作用力限制转矩，所以可以有利地限制转向感受的劣化。
如本文涉及的“来自驾驶员的输入角”表示由驾驶员提供的转向角，并表示转向角的一部分。但是，如上文所提及的，通过来自转向转矩提供装置的转向转矩，可以与驾驶员的意图无关地改变转向角本身，并且在本申请中，由这种人工操作提供的转向角被划分为驾驶员输入角。
转向角确定转向轮的转向角变化，但是转向角变化与转向轮中产生的轴向力相关。因此，通过基于作为转向角的一种形式的驾驶员输入角来校正转向反作用力限制转矩，可以减轻由被供应以限制与这种轴向力相关的转向反作用力转矩的转向反作用力限制转矩对转向感受产生的影响。
根据本发明第一方面的用于车辆的控制装置可以还包括第三控制单元，所述第三控制单元控制所述转向转矩提供装置，由此提供作为所述转向转矩的、与所述转向输入相对应的预定伪转向反作用力转矩。
利用这种配置，因为由第三控制单元提供伪转向反作用力转矩，所以可以实现期望转向感受。这样的期望转向感受也可以通过以上述方式的校正单元的操作或这通过校正单元和第二控制单元的协同作用来产生，但是在通过伪转向反作用力转矩这样分立地产生期望转向感受的情况下，校正单元或第二控制单元可以避免或基本避免甚至将转向输入考虑在内的整个转向反作用力转矩，从控制负荷的角度而言，这样的方案是优选的。
在根据本发明第一方面的用于车辆的控制装置中，所述第二控制单元可以提供所述转向反作用力限制转矩，以限制由所述转向装置的物理特性引起的第一转向反作用力转矩、由所述转向转矩提供装置的物理特性引起的第二转向反作用力转矩和由所述转向轮的轴向力引起的第三转向反作用力转矩当中的至少一个反作用力转矩。
利用这种配置，第一、第二和第三转向反作用力转矩被用作确定转向反作用力转矩的要素。第一转向反作用力转矩是由于转向装置中各种物理特性（例如，惯性阻力、粘性阻力、和摩擦阻力）而产生的转向反作用力转矩，第二转向反作用力转矩是由于转向转矩提供装置中各种物理特性（例如，惯性阻力、粘性阻力、和摩擦阻力）而产生的转向反作用力转矩，并且第三转向反作用力转矩是由于转向轮的轴向力产生的转向反作用力转矩。
这些转向反作用力转矩是当车辆保持在目标车道内时产生的转向反作用力转矩的主要要素，并且在限制其至少一部分（优选地全部转矩）的目标下提供转向反作用力限制转矩。因此，校正转矩是对限制这些转矩的至少一部分的转向反作用力限制转矩进行校正的转矩，并最终可以有效地限制强制操作期间转向感受的劣化。
在根据本发明第一方面的控制装置中，所述第二控制单元可以提供所述转向反作用力限制转矩，以限制由所述转向装置的摩擦阻力引起的转向反作用力转矩和由所述转向转矩提供装置的摩擦阻力引起的转向反作用力转矩中的至少一者。
本发明的第二方面涉及一种控制方法，其用于设置有转向转矩提供装置和转向传动比变化装置的车辆，所述转向转矩提供装置向与转向轮连接的转向装置提供转向转矩并且所述转向传动比变化装置改变转向传动比。所述控制方法包括以下步骤：设定用于将所述车辆保持在目标车道内的目标状态量；控制所述转向传动比变化装置，使得所述车辆的状态量变为所设定的所述目标状态量；控制所述转向转矩提供装置，使得在所述车辆被保持在所述目标车道内时，向所述转向装置提供作为所述转向转矩的、对在所述转向装置中产生的转向反作用力转矩进行限制的转向反作用力限制转矩；以及在产生来自所述车辆的驾驶员的转向输入时，基于所述转向输入来校正所述转向反作用力限制转矩。
将在以下具体实施方式中更详细地说明本发明第一方面和第二方面的操作和其他优点。
附图说明
以下将参照附图说明本发明的示例实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似附图标记表示相似元件，并且在附图中：
图1是表示根据本发明的一个实施例的车辆的结构的示意性结构图；
图2是在图1所示的车辆中执行的LKA控制的流程图；
图3是表示用于LKA的目标横向加速度与前轮目标转向角的关系的图；
图4是表示用于LKA的目标横向加速度与后轮目标转向角之间的关系的图；
图5表示车道半径R与调节增益之间的关系；
图6是表示在图1所示的车辆中执行的前后轮转向角控制的流程图；
图7表示前轮转向传动比与车速之间的关系；
图8表示后轮转向传动比与车速之间的关系；
图9是在图1所示的车辆中执行的EPS控制的流程图；
图10示出了EPS基准目标转矩和驾驶员输入转矩之间的关系；
图11是在图9所示的EPS控制中执行的车道保持转矩计算处理的流程图；
图12表示惯性校正转矩与前轮最终转向角加速度之间的关系；
图13表示粘性校正转矩与前轮最终转向角速度之间的关系；
图14表示摩擦校正转矩与前轮最终转向角速度之间的关系；
图15表示前轮轴向力校正转矩与前轮最终转向角之间的普通关系；
图16表示后轮轴向力校正转矩与后轮最终转向角之间的普通关系；
图17表示驱动输入角与伪转向反作用力转矩特征项之间的关系；并且
图18表示驱动输入角速度与伪转向反作用力转矩特征项之间的关系。
具体实施方式
<本发明的实施例>
以下将参照附图说明根据本发明的用于车辆的行驶辅助装置的实施例。
<根据实施例的结构>
首先，以下将参照图1说明根据本发明的一个实施例的车辆10的结构。图1是示意性地表示车辆10的基本结构的示意性结构图。
参照图1，车辆10是根据本发明的“车辆”的示例，其具有作为转向轮的一对左右前轮FL和FR以及一对左右后轮RL和RR，并且其中通过使这些转向轮转向来控制车辆前进方向。车辆10设置有电子控制单元（ECU）100、可变速比转向（VGRS）致动器200、VGRS驱动装置300、电控助力转向（EPS）致动器400、EPS驱动装置500和后轮主动转向（ARS）致动器600。
ECU 100是设置有中央处理单元（CPU）、只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）（图中未示出）、并被配置为能够控制车辆10的整体操作的ECU。此ECU是根据本发明的“车辆控制器”的示例。ECU100被配置为能够根据存储在ROM中的控制程序来执行下述车道保持辅助（LKA）控制、前后轮转向角控制和电控助力转向（EPS）控制。
ECU 100是被配置为发挥“设定单元”、“第一控制单元”、“第二控制单元”、“校正单元”和“第三控制单元”的各个示例的作用的集成ECU。这些单元的全部操作由ECU 100执行。但是，根据本发明实施例的这些单元的物理、机械和电气结构不限于前述ECU，例如，这些单元可以被配置为例如多个ECU的各种计算机系统、各种处理单元、各种控制器、或微计算机装置。
在车辆10中，由驾驶员经由用作转向输入装置的方向盘11提供的转向输入被传递到连接至方向盘11的上转向轴12。方向盘11和上转向轴12可以同轴旋转。上转向轴12用作能够沿着与方向盘11相同方向旋转的轴体。上转向轴12的下游端连接到VGRS致动器200。
VGRS致动器200设置有壳体201、VGRS电动机202和减速机构203，并且是根据本发明的“转向传动比变化装置”的示例。
壳体201是容纳VGRS电动机202和减速机构203的、VGRS致动器200的壳体。前述上转向轴12的下游端固定到壳体201，并且壳体201可以与上转向轴12一体转动。
VGRS电动机202是直流（DC）无电刷电动机，其具有用作旋转部件的转子202a、用作固定部件的定子202b和用作驱动动力输出轴的转轴202c。定子202b固定在壳体201内，且转子202a以可旋转的方式被保持在壳体201内。转轴202c固定到转子202a，使得两者可以同轴旋转，且转轴202c的下游端连接到减速机构203。
减速机构203是行星齿轮机构，其具有能够差速旋转的多个旋转元件（太阳轮、行星轮架、齿圈）。在多个旋转元件当中，用作第一旋转元件的太阳轮连接到VGRS电动机202的转轴202c，且用作第二旋转元件的行星轮架连接到壳体201。用作第三旋转元件的齿圈连接到下转向轴13。
利用具有这种结构的减速机构203，连接到用作剩余一个旋转元件的齿圈的下转向轴13的转速由与方向盘11的操作量对应的上转向轴12的转速（即，连接到行星轮架的壳体201的转速）和VGRS电动机202的转速（即，连接到行星轮架的下转向轴13的转速）唯一确定。在此情况下，可以借助于旋转元件之间的差速动作通过控制VGRS电动机202的转速来控制下转向轴13的转速。
因此，通过VGRS电动机202和减速机构203，上转向轴12和下转向轴13可以相对于彼此旋转。此外，因为减速机构203中的旋转元件的结构，VGRS电动机202的转速在根据基于旋转元件之间的速比确定的预定减速比减速之后被传递到下转向轴13。
因此，在车辆10中，因为上转向轴12和下转向轴13可以相对于彼此旋转，所以作为转向角θMA（其是上转向轴12的旋转量）与前轮转向角δf（其是与下转向轴13的旋转量对应地唯一确定的）的比率（其也称为下述齿条齿轮机构的速比）的转向传动比K1可以在预定范围内连续改变。
减速机构203也可以具有与上文作为示例所示的行星齿轮机构不同的结构（例如，可以使用如下结构，其中具有不同齿数的齿轮连接到上转向轴12和下转向轴13，柔性齿轮与前述齿轮以部分地接触的方式布置，并且通过经由波发生器传递的电动机转矩来旋转柔性齿轮，使上转向轴12和下转向轴13相对于彼此旋转），或者，当使用行星齿轮机构时，其可以具有与前述的那些不同的物理、机械或结构特征。
VGRS驱动装置300是电驱动电路，其包括脉宽调制（PWM）电路、晶体管电路和逆变器，并能够向VGRS电动机202的定子202b供应电流。VGRS驱动装置300电连接到电池（图中未示出），电池被配置为使得能够通过从电池供应的电能将驱动电压供应到VGRS电动机202。此外，VGRS驱动装置300电连接到ECU 100，并且驱动装置的操作受到ECU 100的控制。VGRS驱动装置300与VGRS致动器200一同构成根据本发明的“转向传动比变化装置”的示例。
下转向轴13的旋转传递到齿条齿轮机构。齿条齿轮机构是转向力传递机构，其包括连接到下转向轴13的下游端的小齿轮14和其上形成有与小齿轮的轮齿啮合的齿的齿条15。齿条齿轮机构被配置为使得小齿轮14的旋转转换为齿条15沿着图中左右方向的移动，由此将转向力经由连接到齿条15的两端的拉杆和万向节（其附图标记省略）传递到前轮。因此，用于将转向力从方向盘11传递到前轮的装置是根据本发明的“转向装置”的示例。
EPS致动器400是根据本发明的“转向转矩提供装置”的示例，其设置有作为DC无电刷电动机的EPS电动机，该EPS电动机包括用作旋转部件并安装有永磁体的转子（图中未示出）和用作围绕转子的固定部件的定子。EPS电动机被配置为使得当电流经由EPS驱动装置500供应到定子时，转子在EPS电动机内部形成的旋转磁场的作用下旋转，从而沿着转子的旋转方向产生作为根据本发明的“转向转矩”的示例的EPS转矩Teps。
减速齿轮（图中未示出）固定到用作EPS电动机的转轴的电动机轴，并且此减速齿轮也与小齿轮14啮合。因此，由EPS电动机产生的EPS转矩Teps可以用作增强小齿轮14的旋转的转矩。如上文所述，小齿轮14连接到下转向轴13，并且下转向轴13经由VGRS致动器200连接到上转向轴12。因此，在通常转向期间，在受到EPS转矩Teps适当辅助的情况下，施加到上转向轴12的驾驶员输入转矩MT传递到齿条15，并减轻了驾驶员的转向负荷。
EPS驱动装置500是电驱动电路，其包括PMW电路、晶体管电路和逆变器，并被配置为使得电流可以供应到EPS电动机的定子。EPS驱动装置500电连接到电池（图中未示出），并被配置为通过从电池供应的电能，驱动电压可以供应到EPS电动机。此外，EPS驱动装置500电连接到ECU 100，并且驱动装置的操作受到ECU 100的控制。EPS驱动装置500与EPS致动器400一起构成根据本发明的“转向转矩提供装置”的示例。
根据本发明的“转向转矩提供装置”的结构不限于上述示例。例如，从EPS电动机输出的EPS转矩Teps可以在通过减速齿轮（图中未示出）降低转速的情况下直接传递到下转向轴13。或者，EPS转矩Teps可以作为辅助齿条15的往复移动的动力施加。因此，在从EPS致动器400输出的EPS转矩Teps可以至少作为最终使前轮转弯的转向力的一部分提供的情况下，根据本发明的实施例的转向转矩提供装置的具体结构不受具体限制。
ARS致动器600是根据本发明的“转向传动比变化装置”的另一示例，其设置有动力缸（图中未示出）和引起动力缸沿着图中的左右方向往复移动的致动器，并且其中可以通过借助于从致动器施加的驱动力引起连接到动力缸两端的后转向杆21沿着左右方向滑动预定距离来来改变作为后轮（其是转向轮）转向角的转向角δr。其中后轮可以转向的车辆结构不限于图中所示的那种，而可以使用各种现有的形式。
驱动ARS致动器600的致动器的驱动装置（图中未示出）电连接到ECU 100并被配置为使得驱动装置的操作受到ECU 100的控制。
车辆10设置有各种传感器，包括转矩传感器16、转向角传感器17和转角传感器18。
转矩传感器16被配置为能够检测由驾驶员经由方向盘11提供的驾驶员输入转矩MT。更具体而言，上转向轴12被划分为上游部分和下游部分，并被配置为使得两个部分通过拉杆连接在一起（图中未示出）。用于旋转相位差检测的环被设置在拉杆的上游端和下游端。拉杆被配置为使得车辆10的驾驶员操作方向盘11，拉杆在旋转方向上的扭矩对应于经由上转向轴12的上游部分传递的转矩（即，驾驶员输入转矩MT），由此在产生扭矩的同时转向转矩向下游传递。因此，在传递转向转矩时，在前述用于旋转相位差检测的环之间产生旋转相位差。转矩传感器16被配置为检测此旋转相位差，并能够将旋转相位差转换为转矩值，并将转矩值作为与驾驶员输入转矩MT对应的电信号输出。此外，转矩传感器16电连接到ECU 100，并被配置为使得检测到的驾驶员输入转矩MT能够被ECU 100周期性地或随机地引用。
转向角传感器17是角传感器，其被配置为能够检测表示上转向轴12的旋转量的转向角θMA。转向角传感器17电连接到ECU 100，并被配置为使得检测到的转向角θMA能够被ECU 100周期性地或随机地引用。
转角传感器18是旋转编码器，其被配置为能够检测VGRS致动器200中壳体201（就转角而言，壳体与上转向轴12相同）和下转向轴13的相对转角Δθ。转角传感器18电连接到ECU 100，并被配置为使得检测到的转向角θMA能够被ECU 100周期性地或随机地引用。
车速传感器19是被配置为能够检测作为车辆10的速度的车速V的传感器。车速传感器19电连接到ECU 100，并被配置为使得检测到的转向角θMA能够被ECU 100周期性地或随机地引用。
车载相机20是图像拍摄装置，其布置在车辆10的前端并被配置为能够拍摄车辆10前方预定区域的图像。车载相机20被电连接到ECU 100，并被配置为使得车辆前方区域的拍摄图像可以作为图像数据被ECU 100周期性地或随机地引用。ECU 100分析图像数据，并获取为下述LKA控制所需的各种数据。
<实施例的操作>
以下将参照合适的附图说明实施例的操作。
首先，将参照图2详细解释由ECU 100执行的LKA控制。图2是LKA控制的流程图。图2是LKA控制的流程图。LKA控制将车辆10保持在目标车道内，并且是车辆10的行驶辅助功能之一。
参照图2，ECU 100读取各种信号，包括设置在车辆10中的各种开关的操作信号、各种标记、以及与前述传感器相关的传感器信号（步骤S101），并还判断是否由驾驶员操作了布置在车辆10的车厢中的用于LKA控制开始的操作按钮预先选择了LKA模式（步骤S102）。在尚未选择LKA模式的情况下（步骤S102：“否”），ECU 100使处理返回到步骤S101。
在已经选择LKA模式的情况下（步骤S102：“否”），ECU 100基于从车载相机20发送的图像数据来判断是否已经选择了指明LKA的目标车道的白线（也可以是与白线类似的结构）（步骤S103）。在尚未检测到白线的情况下（步骤S103：“否”），不能指明目标车道，并且ECU 100使处理返回到步骤S101。在已经检测到白线的情况下（步骤S103：“是”），ECU 100计算为将车辆10保持在目标车道内所需的各种那个类型的道面信息（步骤S104）。
在步骤S104中计算目标车道的半径R、白线和车辆10的横向偏差Y以及白线和车辆10的横摆角偏差Φ。包括现有图像识别算法在内的各种模式可以用于计算为将车辆保持在目标车道内的这种控制所需的信息。
在已经计算各种类型的路面信息的情况下，ECU 100计算为将车辆10保持在目标车道内所需的目标横向加速度GYTG（步骤S105）。目标横向加速度GYTG是根据本发明的“目标状态量”的示例。目标横向加速度GYTG也可以根据现有算法或计算公式计算得到。或者，包括上述车道半径R、横向偏差Y和横摆角偏差Φ的目标横向加速度对照图可以预先存储在例如ECU 100的ROM之类的存储装置中，并且可以通过从表选择合适值来计算目标横向加速度GYTG（这种类型的选择也是计算模式）。
在已经计算得到目标横向加速度GYTG的情况下，处理分支为后轮转向处理（步骤S106）和前轮转向处理（步骤S107至S109）。
首先将解释后轮转向处理。在后轮转向处理中，计算用于LKA的后轮目标转向角θLKA_RR（步骤S 106）。用于LKA的后轮目标转向角θLKA_RR是为将车辆10保持在目标车道内所需的后轮转向角对应值。出于根据实施例的控制的原因，用于LKA的后轮目标转向角θLKA_RR是通过将当使车辆10保持在目标车道内时所需的后轮转向角δr转换为下转向轴13的转角而获得的值。用于LKA的后轮目标转向角θLKA_RR预先以与目标横向加速度GYTG相关的形式对应，并存储在ROM中。计算得到的用于LKA的后轮目标转向角θLKA_RR存储在诸如RAM的可写存储装置。
下文将参照图3解释目标横向加速度GYTG和用于LKA的后轮目标转向角θLKA_RR之间的关系。图3示出了目标横向加速度GYTG和用于LKA的后轮目标转向角θLKA_RR之间的关系。
在图3中，用于LKA的后轮目标转向角θLKA_RR绘制为纵坐标，目标横向加速度GYTG绘制为横坐标。对应于目标横向加速度GYTG=0的原点线左侧的区域表示与向车辆左方的方向对应的目标横向加速度，并且右侧的区域表示对应于与向车辆右方的方向对应的目标横向加速度。与用于LKA的后轮目标转向角θLKA_RR等于零对应的原点线上方的区域对应于在向车辆右方的方向上的转向角，原点线下方的区域对应于向车辆左方的方向上的转向角。
因此，用于LKA的后轮目标转向角θLKA_RR是相对于指明原点线的原点对称的特征。除了靠近目标横向加速度GYTG=0的非敏感区域之外，用于LKA的后轮目标转向角θLKA_RR的绝对值相对于目标横向加速度GYTG线性增大。
在图3中，例如，用于LKA的后轮目标转向角θLKA_RR相对于三种车速V（即，V=V1、V2（V2>V1）和V3（V3>V2））的特征分别由点划线、虚线和实线表示。这些特征清楚地示出了用于LKA的后轮目标转向角θLKA_RR在更高的车速情况下被设定为更小的值。这是因为相对于转向角所产生的横向加速度的程度随着车速升高而增大。
其中如图3所示的关系以数值的形式表示（即其中如图3所示的关系被量化）的控制对照图已经预先存储在ECU 100的ROM中（显然，用作参数值的车速V被更精确地表示），并且在步骤S106中从控制对照图选择对应值。在已经执行步骤S106的情况下，处理返回到步骤S101。
以下将解释前轮转向处理。在前轮转向处理中，计算用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR（步骤S107）。计算用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR是为将车辆10保持在目标车道内所需的前轮转向角对应值。
出于根据本实施例的控制的原因，计算用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR是通过将为使车辆10保持在目标车道内所需的前轮转向角δf转换为下转向轴13的转角而获得的值。用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR预先以与目标横向加速度GYTG相关的形式对应，并存储在ROM中。计算得到的用于LKA的后轮目标转向角θLKA_FR存储在诸如RAM的可写存储装置。
下文将参照图4解释目标横向加速度GYTG和用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR之间的关系。图4示出了目标横向加速度GYTG和用于LKA的后轮目标转向角θLKA_FR之间的关系。
在图4中，用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR绘制为纵坐标，目标横向加速度GYTG绘制为横坐标。对应于目标横向加速度GYTG=0的原点线左侧的区域表示与向车辆左方的方向对应的目标横向加速度，并且右侧的区域表示对应于与向车辆右方的方向对应的目标横向加速度。与用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR等于零对应的原点线上方的区域对应于在向车辆右方的方向上的转向角，原点线下方的区域对应于向车辆左方的方向上的转向角。
因此，用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR具有相对于指明原点线的原点对称的特征。除了靠近目标横向加速度GYTG=0的非敏感区域之外，用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR的绝对值相对于目标横向加速度GYTG线性增大。
在图4中，例如，用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR相对于三种车速V（即，V=V1、V2（V2>V1）和V3（V3>V2））的特征分别由点划线、虚线和实线表示。这些特征清楚地示出了用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR在更高的车速情况下被设定为更小的值。这是因为相对于转向角所产生的横向加速度的程度随着车速升高而增大。
其中如图4所示的关系以数值的形式表示的控制对照图已经预先存储在ECU 100的ROM中（显然，用作参数值的车速V被更精确地表示），并且在步骤S107中从控制对照图选择对应值。
回到图2，在计算用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR的情况下，ECU 100计算调节增益K（步骤S108），并还通过以下等式（1）来计算LKA校正目标角θLK（步骤S109）。LKA校正目标角θLK表示当执行LKA模式时（即，在用于将车辆10保持在目标车道内的自动转向期间）应该由VGRS致动器200产生的上转向轴12和下转向轴13的相对转角。计算得到的LKA校正目标角θLK暂时存储在例如RAM之类的可写存储装置中。
θLK=θLKA_FR×K  …(1)
调节增益K是用于将转向角θMA设定为与目标车道的形式对应的优化值的增益。此增益与目标车道半径R对应地对照。以下将参照图5解释调节增益K与目标车道半径R之间的关系。因此，图5示出了目标车道半径R与调节增益K之间的关系。
在图5中，调节增益K绘制为纵坐标，目标车道半径R绘制为横坐标。因此，目标车道的弯曲程度随着图中向左变化而增大（即，车道是急转弯），并且目标车道随着图中向右变化而接近直线。
如图所示，调节增益K被设定在小于1的区域中，并还被设定为在目标车道半径R内（即，随着向急转弯变化）减小。这是因为，越小的目标车道半径允许方向盘11的更大旋转。换言之，在尽管目标车道半径较小而方向盘11的旋转程度较小的情况下，使驾驶员不舒适的可能性增大。
此外，当调节增益K是“1”时，这表示为将车辆保持在目标车道内所需的前轮的全部转向角变化由借助于VGRS致动器200产生的上转向轴12与下转向轴13之间的相对旋转产生，并还表示方向盘11完全不旋转。
其中如图5所示的关系以数值的形式表示的控制对照图已经预先存储在ECU 100的ROM中，并且在步骤S109中从控制对照图选择对应值。在已经执行步骤S109的情况下，处理返回到步骤S101。以上述方式执行LKA控制。
同时，VGRS致动器200、EPS致动器400和ARS致动器600的协同控制是为通过LKA控制将车辆10保持在目标车道内所需的。在实施例中，与LKA控制并行地由ECU 100执行前后轮转向角控制和EPS控制，从而实现前述协同控制。
以下将参照图6详细解释前后轮转向角控制。图6是图示前后轮转向控制的流程图。
参照图6，ECU 100以与LKA控制相关的步骤S101和S102相似的方式读取为前后轮转向角控制所需的数据和传感器值，并判断是否已经执行LKA模式（步骤S202）。在前后轮转向角控制中，基准转向角θMA_ref根据是否已经执行LKA模式而不同。
如本文所述的基准转向角θMA_ref是与提供了驾驶员转向输入的基准的、方向盘11的基准位置对应的转向角。因此，当尚未执行LKA模式时（步骤S202：“否”），即，当基于通常人工转向输入执行转向控制时，ECU 100将基准转向角θMA_ref设定为零（步骤S204）。
在已经执行LKA模式的情况下（步骤S202：“是”），ECU 100通过以下等式（2）执行基准转向角θMA_ref（步骤S203）。
θMA_ref＝θLKA_FR-θLK…(2)
如等式（2）所示，在LKA模式执行期间的基准转向角θMA_ref是在用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR与LKA校正目标角θLK之间的差，并且当前述调节增益K为1时，该差为零。因此，当执行LKA模式时，由作为自动转向控制的LKA模式产生的转向角被取为驾驶员输入的基准位置。
在已经设定基准转向角θMA_ref的情况下，由ECU 100根据以下等式（3）来计算驾驶员输入角θdriver（步骤S205）。
θdriver＝θMA-θdriver    …(3)
如以上等式（3）所示，驾驶员输入角θdriver是与由驾驶员基于其自身的转向意图提供的转向输入对应的转向角，并且是根据本发明的“驾驶员转向输入”和“驾驶员输入角”的示例。在已经计算了驾驶员输入角θdriver的情况下，处理分支为包括步骤S206至步骤S208的前轮转向处理和包括步骤S209至步骤S211的后轮转向处理。
在前轮转向处理中，ECU 100通过以下等式（4）来计算VGRS普通目标角θVG（步骤S206）。
θVG=K1×θdriver    …（4）
在等式（4）中，K1是指明下转向轴13的转角相对于驾驶员输入角θdriver（即，主要为上转向轴12的转角）的前轮转向传动比；此比率是响应于车速改变的数值。以下将参照图7说明前轮转向传动比K1与车速V之间的关系。图7图示了前轮转向传动比K1与车速V之间的关系。
在图7中，前轮转向传动比K1在属于中等车速范围的车速Vth1时为0（这表示上转向轴12和下转向轴13的旋转比为1:1），在车速低于Vth1时大于0，并在车速高于Vth1时小于0。因此，在此结构中，前轮转向角相对于驾驶员输入角的变化量在低车速情况下增大。这是因为，如上文所述，与转向角相关的横向加速度在高车速的情况下增大。
回到图6，在计算VGRS普通目标角θVG的情况下，ECU 100通过以下等式（5）来计算VGRS最终目标角θVGF（步骤S207）。
θVGF=θLK+θVG    …（5）
如以上等式（5）清楚可知，VGRS最终目标角θVGF是用于LKA模式（即，用于保持目标车道）的前轮转向角控制量（即，下转向轴13相对于上转向轴12的相对旋转量）和驾驶员转向的前轮转向控制量的总和值。
在已经计算VGRS最终目标角θVGF的情况下，ECU 100通过控制VGRS驱动装置300来控制VGRS致动器200，从而实现计算得到的VGRS最终目标角θVGF（步骤S208）。在已经执行VGRS致动器200的驱动控制的情况下，处理返回步骤S201。
在后轮转向处理中，ECU 100通过以下等式（6）来计算ARS普通目标角θARS（步骤S209）。
θARS=K2×θdriver    …（6）
在等式（6）中，K2是指明后轮转向角δr相对于驾驶员输入角θdriver的后轮转向传动比；此比率是响应于车速而改变的数值。以下将参照图8解释后轮转向传动比K2和车速V之间的关系。图8图示了后轮转向传动比K2与车速V之间的关系。
在图8中，后轮转向传动比K2在属于中等车速范围的车速Vth2时为0，并且后轮转向角δr变为0。
此外，在车速低于Vth2时K2<0。在此区域中，后轮转向角δr和驾驶员输入角处于相反方向（即，具有相反相位）。
此外，在车速高于Vth2时K2>0。在此区域中，后轮转向角δr和驾驶员输入角处于相同方向（即，具有相同相位）。
回到图6，在计算ARS普通目标角θARS的情况下，ECU 100通过以下等式（7）来计算ARS最终目标角θARSF（步骤S210）。
θARSF=θLKA_RR+θARS    …（7）
如以上等式（7）清楚可知，ARS最终目标角θARSF是用于LKA模式（即，用于保持目标车道）的后轮转向角控制量和用于驾驶员转向的后轮转向控制量的总和值。
在已经计算ARS最终目标角θARSF的情况下，ECU 100控制ARS致动器600，从而实现计算得到的ARS最终目标角θARSF（步骤S211）。在执行VGRS致动器200的驱动控制的情况下，处理返回步骤S201。以上述方式执行前后轮转向角控制。
以下将参照图9解释EPS控制。图9是EPS控制的流程图。
参照图9，ECU 100读取为EPS控制所需的各种信号（步骤S301），并计算作为应该从EPS致动器400的EPS电动机输出的EPS转矩TEPS的基础值的EPS基准目标转矩TBASE（步骤S302）。
此处将参照图10解释EPS基准目标转矩TBASE与驱动输入转矩MT之间的关系。图10示出了EPS基准目标转矩TBASE与驱动输入转矩MT之间的关系。
在图10中，EPS基准目标转矩TBASE绘制为纵轴，驱动输入转矩MT绘制为横轴。向对应于驱动输入转矩MT=0的原点线左方的区域对应于向车辆左方的转向操作，向原点线右方的区域对应于向车辆右方转向的操作。因此，图中的EPS基准目标转矩TBASE具有相对于原点线的对称特征。
在图10中，例如，EPS基准目标转矩TBASE相对于三种车速V（即，V=V2（V2>V1）和V3（V3>V2））的特征的特征分别由点划线、虚线和实线表示。此图清楚地示出了EPS基准目标转矩TBASE在较高的车速情况下被设定为较低值。这是因为用于获得所需横向加速度的转向角随着车速升高而减小可以通过在较高车速情况下（即，在所谓重操作状态）增大为使方向盘11转向所需的力，来防止驾驶员的过度操作，并稳定车辆10的行为。
其中如图10所示的关系以数值的形式表示的控制对照图已经预先存储在ECU 100的ROM中（显然，用作参数值的车速V被更精确地表示），并且在步骤S302中从控制对照图选择对应值。
回到图9，在计算EPS基准目标转矩TBASE的情况下，ECU 100计算车道保持转矩Tlk（步骤S303）。
车道保持转矩Tlk是被提供以抵消在为将车辆保持在目标车道内的LKA模式下执行自动转向时产生的转向反作用力转矩并稳定车辆行为的转向转矩。
与EPS致动器400不同，VGRS致动器200布置在上转向轴12和下转向轴13的连接侧，且不固定到车辆10。因此，在其中驾驶员不维持方向盘11的转向的脱手状态下执行与上述LKA校正目标角θLK对应的转向角控制的情况下，方向盘11沿着与作为初始目标方向的转向角方向相反的方向转向，而不是通过包括齿条齿轮机构、下转向轴13和上转向轴的转向装置以及在作为转向轮的前后轮中产生的转向反作用力转矩，改变转向轮的转向角。或者，在维持方向盘11的转向的情况下，驾驶员体验到不舒适的感觉，仿佛方向盘11通过反作用力转矩沿着与车辆10的转弯方向相反的方向转向。
车道保持转矩Tlk是根据本发明的“转向反作用力限制转矩”的示例，其抵消这种转向反作用力转矩。车道保持转矩Tlk通过车道保持转矩计算处理来计算。
此处将参照图11解释车道保持转矩计算处理。图11是车道保持转矩计算处理的流程图。
首先，ECU 100计算前轮最终转向角θFR_Final和后轮最终转向角θRR_Final（步骤S401）。
通过以下等式（8）来计算前轮最终转向角θFR_Final。
θFR_Final=θMA+θVG+θLK    …（8）
因此，前轮最终转向角θFR_Final是添加了驾驶员的转向输入的下转向轴13的最终转角，并表示当执行LKA模式时与前轮的最终转向角唯一对应的值。
以上等式（8）也可以按照以下等式（8’）的形式表示。
θFR_Final=θLKA_FR+θVG+θdriver    …（8’）
通过以下等式（9）来计算后轮最终转向角θRR_Final。
θFR_Final=θLKA_RR+θARS    …（9）
因此，后轮最终转向角θRR_Final是与当执行LKA模式时与添加了驾驶员的转向输入的后轮的最终转向角对应的值。
在已经计算前后轮的转向角的情况下，ECU 100基于作为前轮最终转向角θFR_Final相对于时间的二阶微分的前轮最终转向角加速度θFR_Final"来计算惯性校正转矩Tlk1（步骤S402）。惯性校正转矩Tlk1是用于抵消由连接到前轮和EPS致动器400的转向装置（包括方向盘11、上转向轴12、下转向轴13和齿条齿轮机构的转向装置）的惯性阻力引起的转向反作用力转矩（根据本发明的“第一转向反作用力转矩”和“第二转向反作用力转矩”的示例）。
此处将参照图12解释惯性校正转矩Tlk1与前轮最终转向角加速度θFR_Final"之间的关系。这里，图12图示了惯性校正转矩Tlk1与前轮最终转向角加速度θFR_Final"之间的关系。
在图12中，惯性校正转矩Tlk1绘制为纵轴，且前轮最终转向角加速度θFR_Final"绘制为横轴（符号[″]表示微分）。如图所示，惯性校正转矩Tlk1具有在右转弯和左转弯期间相对于原点线的点对称特征，并且除了在θFR_Final"=0附近的非敏感区域和弛豫区域之外，惯性校正转矩的绝对值随着θFR_Final"的增大而线性增大。
然后，ECU 100基于作为前轮最终转向角θFR_Final相对于时间的二阶微分的前轮最终转向角加速度θFR_Final"计算粘性校正转矩Tlk2（步骤S403）。粘性校正转矩Tlk2是用于抵消由连接到前轮和EPS致动器400的转向装置（包括方向盘11、上转向轴12、下转向轴13和齿条齿轮机构的转向装置）的粘性阻力引起的转向反作用力转矩（根据本发明的“第一转向反作用力转矩”和“第二转向反作用力转矩”的示例）的转矩。
此处将参照图13解释粘性校正转矩Tlk2与前轮最终转向角加速度θFR_Final"之间的关系。这里，图13图示了粘性校正转矩Tlk2与前轮最终转向角加速度θFR_Final"之间的关系。
在图13中，粘性校正转矩Tlk2绘制为纵坐标，前轮最终转向角加速度θFR_Final"绘制为横坐标。如图所示，粘性校正转矩Tlk2具有在左转弯期间和右转弯期间相对于原点的点对称特征，并且除了在θFR_Final"=0附近的非敏感区域和弛豫区域之外，粘性校正转矩的绝对值随着θFR_Final的增大而线性增大。
然后，ECU 100基于作为前轮最终转向角θFR_Final相对于时间的一阶微分的前轮最终转向角速度θFR_Final'来计算摩擦校正转矩Tlk3（步骤S404）。摩擦校正转矩Tlk3是用于抵消由连接到前轮和EPS致动器400的转向装置（包括方向盘11、上转向轴12、下转向轴13和齿条齿轮机构的转向装置）的粘性阻力引起的转向反作用力转矩（根据本发明的“第一转向反作用力转矩”和“第二转向反作用力转矩”的示例）的转矩。
此处将参照图14解释摩擦校正转矩Tlk3与前轮最终转向角速度θFR_Final'之间的关系。这里，图14图示了摩擦校正转矩Tlk3与前轮最终转向角速度θFR_Final'之间的关系。
在图14中，摩擦校正转矩Tlk3绘制为纵轴，且前轮最终转向角速度θFR_Final'绘制为横轴。如图所示，摩擦校正转矩Tlk3具有在右转弯和左转弯期间相对于原点的点对称特征，并且除了在θFR_Final′=0附近的非敏感区域之外，摩擦校正转矩的值根据θFR_Final'的正/负符号而在两个值之间切换。
然后，ECU 100基于通过将前轮最终转向角θFR_Final乘以由以下等式（10）表示的频率响应项S1获得的前轮最终转向角频率响应值sθFR_Final来计算前轮轴向力校正转矩Tlk4（步骤S405）。前轮轴向力校正转矩Tlk4是用于抵消与绕前轮的主销轴产生的自对准转矩对应的转向反作用力转矩（此转矩是“第三转向反作用力转矩”的示例）的转矩。
S1＝(a2s2+a1s+a0)/(b2s2+b1s+b0)…（10）
在以上等式（10）中，“s”是拉普拉斯算子，并且a2、a1、a0、b2、b1和b0是系数。
此处将参照图15解释前轮轴向力校正转矩Tlk4与前轮最终转向角θFR_Final之间的静态关系。这里，图15图示了前轮轴向力校正转矩Tlk4与前轮最终转向角θFR_Final之间的静态关系。
在图15中，前轮轴向力校正转矩Tlk4绘制为纵轴，并且与前轮最终转向角θFR_Final绘制为横轴。如图所示，前轮轴向力校正转矩Tlk4具有在左转弯期间和右转弯期间相对于原点的点对称特征，并且除了在θFR_Final=0附近的非敏感区域和弛豫区域之外，前轮轴向力校正转矩Tlk4的绝对值随着θFR_Final的增大而线性增大。
此外，前轮轴向力校正转矩Tlk4设置有相对于车速V的特征，使得与绝对值的增大相关的斜率在高车速侧（见虚线）比在低车速侧（见实线）更大。
然后，ECU 100基于通过将后轮最终转向角θRR_Final乘以由以下等式（11）表示的频率响应项S2获得的后轮最终转向角频率响应值sθRR_Final来计算后轮轴向力校正转矩Tlk5（步骤S405）。后轮轴向力校正转矩Tlk5是用于抵消与绕后轮的主销轴产生的自对准转矩对应的转向反作用力转矩（此转矩是“第三转向反作用力转矩”的示例）的转矩。
S2=(c1s+c0)/(b2s2+b1s+b0)…（11）
在以上等式（11）中，“s”是拉普拉斯算子，并且c1、c0、b2、b1和b0是系数。
此处将参照图16解释后轮轴向力校正转矩Tlk5与后轮最终转向角θRR_Final之间的静态关系。这里，图16图示了后轮轴向力校正转矩Tlk5与后轮最终转向角θRR_Final之间的静态关系。
在图16中，后轮轴向力校正转矩Tlk5绘制为纵轴，并且与后轮最终转向角θRR_Final绘制为横轴。如图所示，后轮轴向力校正转矩Tlk5具有在左转弯期间和右转弯期间相对于原点的点对称特征，并且除了在θFR_Final=0附近的非敏感区域和弛豫区域之外，后轮轴向力校正转矩Tlk5的绝对值随着θFR_Final的增大而线性增大。
此外，后轮轴向力校正转矩Tlk5设置有相对于车速V的特征，使得与绝对值的增大相关的斜率在高车速侧（见虚线）比在低车速侧（见实线）更大。
然后，ECU 100通过以下等式（12）来计算车道保持转矩Tlk（步骤S407）。
Tlk=Tlk1+Tlk2+Tlk3+Tlk4+Tl5…（12）
如以上等式（12）清楚可知，车道保持转矩Tlk是抵消由转向装置和EPS致动器400的物理属性引起的转向反作用力转矩的转矩和抵消由转向轮的轴向力引起的转向反作用力转矩的转矩（Tlk4和Tlk5）的总和。在已经计算车道保持转矩Tlk的情况下，车道保持转矩计算处理结束。
回到图9，在已经计算车道保持转矩Tlk的情况下，ECU 100计算伪转向反作用力转矩Tvtl（步骤S304）。伪转向反作用力转矩Tvtl是用于将期望特征赋予给方向盘11的转向感受的转矩，并通过以下等式（13）来计算。
Tvtl=Tvtl1+Tvtl2…（13）
在以上等式（13）中，Tvtl1是伪转向反作用力转矩特征项，其基于驾驶员输入角θdriver和车速V设定，并且Tvtl2是伪转向反作用力转矩特征项，其基于驾驶员输入角θdriver和车速V设定。
这里，将参照图17解释伪转向反作用力转矩特征项。图17示出了驾驶员输入角θdriver与伪转向反作用力转矩特征项Tvtl之间的关系。
在图17中，伪转向反作用力转矩特征项Tvtl绘制为纵轴，驾驶员输入角θdriver绘制为横轴。如图所示，伪转向反作用力转矩特征项Tvtl具有在左转弯期间和右转弯期间相对于原点的点对称特征，并且除了在θdriver＝0附近的非敏感区域和弛豫区域之外，伪转向反作用力转矩特征项Tvtl的绝对值随着θdriver的增大而线性增大。
此外，伪转向反作用力转矩特征项Tvtl设置有用于车速V的特征，使得与绝对值的增大相关的斜率在高车速侧（见虚线）比在低车速侧（见实线）大。
这里，将参照图18解释伪转向反作用力转矩特征项Tvtl2。图18示出了驾驶员输入角θdriver与伪转向反作用力转矩特征项Tvt2之间的关系。
在图18中，伪转向反作用力转矩特征项Tvt2绘制为纵轴，驾驶员输入角速度θdriver'绘制为横轴。如图所示，伪转向反作用力转矩特征项Tvt2具有在左转弯期间和右转弯期间相对于原点的点对称特征，并且除了在θdriver'=0附近的非敏感区域和弛豫区域之外，伪转向反作用力转矩特征项Tvt2的绝对值随着θdriver'的增大而线性增大。此外，伪转向反作用力转矩特征项Tvt2设置有用于车速V的特征，使得与绝对值的增大相关的斜率在高车速侧（见虚线）比在低车速侧（见实线）大。
回到图9，在已经计算伪转向反作用力转矩特征项Tvtl的情况下，ECU 100由以下等式（14）来计算EPS最终目标转矩Ttg。EPS最终目标转矩Ttg是应该最终从EPS致动器400提供的EPS转矩Teps的目标值。
Ttg=TBASE+Tlk+Tvtl    …（14）
在已经计算EPS最终目标转矩Ttg的情况下，ECU 100驱动控制EPS致动器400，使得EPS转矩Teps变为EPS最终目标转矩Ttg（步骤S306）。在已经驱动控制EPS致动器400的情况下，处理返回步骤S301，并重复一系列处理操作。以上述方式执行EPS控制。
如上文所述，在本实施例中，在LKA模式的执行时段内，基于LKA控制以及与LKA控制相关的前后轮转向角控制和EPS控制，车辆10可以有利地保持在目标车道内。
在此情况下，作为应该由VGRS致动器200使下转向轴13旋转的相对转角的LKA校正目标角θLK比与为将车辆保持在目标车道内所需的前轮转向角（在本实施例中，下转向轴13的转角）对应的用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR小了与调节增益K对应的量，但是其余转向角变化由从EPS致动器400供应的车道保持转矩Tlk来提供。
因此，通过使用用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR作为输入角，来执行在车道保持转矩计算处理中用于计算惯性校正转矩Tlk1、粘性校正转矩Tlk2、摩擦校正转矩Tlk3和前轮轴向力校正转矩Tlk4的处理，并且，这些转矩与在已经发生了与用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR对应的前轮的转向角变化的情况下的转校反作用力转矩匹配。因此，车道保持转矩Tlk采用了使得上转向轴12与未被下转向轴13的相对旋转覆盖的转向角变化对应地旋转的形式。结果，实现了与基准转向角θMA_ref对应的转向角控制。
基准转向角θMA_ref是与目标车道对应并由调节增益K指定的优化转向角（不会使驾驶员不舒适的转向角）。因此，根据实施例，通过VGRS致动器200和EPS致动器400的协作，车辆10可以有利地保持在目标车道内，同时实现优化转向角。在调节增益K是1时，为将车辆保持在目标车道内所需的前轮的整体转向角变化由下转向轴13的相对旋转来提供。在任意情况下，这是根据本发明实施例的“控制转向传动比变化装置，使得车辆的状态量变为预设目标状态量”的第一控制单元的操作的示例。
当与车道保持转矩计算处理相关的输入角仅为用于LKA的前轮目标转向角θLKA_FR和用于LKA的后轮目标转向角θLKA_RR时，当车道保持转矩Tlk是仅抵消由自动转向产生的转向反作用力转矩的转矩时，车道保持转矩Tlk干扰驾驶员的强制操作（即，驾驶员的转向输入）。
因此，因为由强制操作产生的前后轮的转向角变化对转向反作用力转矩造成的影响，无论强制操作是否伴随着恒定的驾驶员输入角速度或驾驶员输入转矩，由于转向变为过重、转向变为过轻或者转向负荷过度改变，因而转向感受劣化。此影响对于与转向方向对应（与转向角速度的正/负符号对应）在两个值之间切换的摩擦校正转矩Tlk3而言变为尤其明显。
为了解决此问题，在实施例中，与由强制操作产生的转向角对应的驾驶员输入角速度θdriver和作为与驾驶员输入角对应的下转向轴13的相对旋转量的VGRS普通目标角θVG被添加到与车道保持转矩计算处理相关的输入角。这些角的总和因而是由强制操作产生的下转向轴13的转角变化量，即，前轮转向角的变化量。此外，针对后轮，将ARS最终目标角θARS添加为输入角，并将在强制操作中发生的后轮转向角的变化量也反映在车道保持转矩的计算当中。
由此，车道保持转矩Tlk变为将以下变量计算在内的转矩：在由驾驶员执行的强制操作中发生的转向角的变化，和在自动转向中发生的转向角的变化，避免了与强制操作的干涉，并有利地限制了转向感受的劣化。
同时，强制操作中的转向反作用力转矩较大程度地减小，并理论上通过使得车道保持转矩Tlk变为等于或基本等于零，这使得可以获得本申请固有的实际有利效果。因此，伴随着强制操作的转向负荷可以充分减小，并转向感受可能不令人满意。
因此，在实施例中，通过向EPS最终目标转矩Ttg添加伪转向反作用力转矩Tvt1来获得合适的转向感受。因此，可以通过基于实验、经验或理论数据或通过模拟获得的数据设定伪转向反作用力转矩Tvt1以获得对于驾驶员合适的转向感受，来可靠地防止强制操作中不舒适感受的发生。
在实施例中，此伪转向反作用力转矩Tvt1由伪转向反作用力转矩特征项Tvtl1和伪转向反作用力转矩特征项Tvtl2来确定，但是这样的结构不受限制，并可以使用指明各种频率响应的传递函数。在遵循更简单方案的情况下，伪转向反作用力转矩Tvt1可以是固定值。
根据实施例的车辆被配置为能够进行前后轮的转向，但是这仅是能够在根据本发明的车辆中使用的结构的示例。例如，根据本发明的车辆可以具有其中从车辆10去除主要由ARS致动器600实现的后轮转向角变化功能的结构，或者其中去除主要由VGRS致动器200实现的前轮转向角变化功能的结构。在此情况下，可以通过根据车辆结构适当地改变前述控制操作来获得上述效果。
本发明不限于上述实施例，并可以在不偏离由权利要求和本发明的整体详细说明界定的本发明的实旨和概念的情况下适当地进行改变，并且结合了这种改变的用于车辆的控制装置也被包含在本发明的技术范围内。
本发明可以使用在例如具有保持目标车道功能的车辆中。

Claims (8)

1.一种控制装置，其对设置有转向转矩提供装置和转向传动比变化装置的车辆进行控制，所述转向转矩提供装置向与转向轮连接的转向装置提供转向转矩，并且所述转向传动比变化装置改变转向传动比，
所述控制装置的特征在于包括：
设定单元，其设定用于将所述车辆(10)保持在目标车道内的目标状态量；
第一控制单元，其控制所述转向传动比变化装置，使得所述车辆(10)的状态量变为所设定的所述目标状态量；
第二控制单元，其控制所述转向转矩提供装置，使得在所述车辆(10)被保持在所述目标车道内时，向所述转向装置提供作为所述转向转矩的、对在所述转向装置中产生的转向反作用力转矩进行限制的转向反作用力限制转矩；以及
校正单元，在产生来自所述车辆(10)的驾驶员的转向输入时，所述校正单元基于所述转向输入来校正所述转向反作用力限制转矩。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所述校正单元基于与所述转向输入相关的转向方向来校正所述转向反作用力限制转矩。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中，所述转向输入是来自所述驾驶员的输入转矩，并且所述校正单元基于所述输入转矩来校正所述转向反作用力限制转矩。
4.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中，所述转向输入是来自所述驾驶员的输入角，并且所述校正单元基于所述输入角来校正所述转向反作用力限制转矩。
5.根据权利要求1或2所述的控制装置，还包括第三控制单元，所述第三控制单元控制所述转向转矩提供装置，由此提供作为所述转向转矩的、与所述转向输入相对应的预定伪转向反作用力转矩。
6.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中，所述第二控制单元提供所述转向反作用力限制转矩，以限制由所述转向装置的物理特性引起的第一转向反作用力转矩、由所述转向转矩提供装置的物理特性引起的第二转向反作用力转矩和由所述转向轮的轴向力引起的第三转向反作用力转矩当中的至少一个反作用力转矩。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其中，所述第二控制单元提供所述转向反作用力限制转矩，以限制由所述转向装置的摩擦阻力引起的转向反作用力转矩和由所述转向转矩提供装置的摩擦阻力引起的转向反作用力转矩中的至少一者。
8.一种控制方法，其用于设置有转向转矩提供装置和转向传动比变化装置的车辆，所述转向转矩提供装置向与转向轮连接的转向装置提供转向转矩并且所述转向传动比变化装置改变转向传动比，
所述控制方法的特征在于包括以下步骤：
设定用于将所述车辆(10)保持在目标车道内的目标状态量；
控制所述转向传动比变化装置，使得所述车辆(10)的状态量变为所设定的所述目标状态量；
控制所述转向转矩提供装置，使得在所述车辆(10)被保持在所述目标车道内时，向所述转向装置提供作为所述转向转矩的、对在所述转向装置中产生的转向反作用力转矩进行限制的转向反作用力限制转矩；以及
在产生来自所述车辆(10)的驾驶员的转向输入时，基于所述转向输入来校正所述转向反作用力限制转矩。
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