CN106553644A - 自动驾驶设备和自动驾驶系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自动驾驶设备和自动驾驶系统。一种方向盘控制单元执行控制，以使方向盘根据第一目标转向角旋转，以及在检测到转向操作时，方向盘根据第二目标转向角旋转。目标转向角设定单元，在从在自动驾驶期间检测到转向操作时直到检测到转向操作的结束时的时间段内，设定随着时间的推移从第一目标转向角逐渐接近实际转向角的第二目标转向角，以及在检测到转向操作的结束之后，设定随着时间的推移逐渐接近第一目标转向角的第二目标转向角。在发生转向操作之后，反作用力逐渐减小。在转向操作结束之后，反作用力逐渐增大。

Description

自动驾驶设备和自动驾驶系统
技术领域
本发明涉及自动驾驶设备和自动驾驶系统。
背景技术
如编号为4173292的日本专利所述，存在这样一种公知的设备：该设备被配置为控制施加到驾驶员所操作的方向盘的反作用力，以便提醒驾驶员根据基于主车辆周围的行驶环境设定的行驶路径执行驾驶操作。此类设备允许自动驾驶，也就是说，允许主车辆在驾驶员只是将他/她的手放在方向盘(steering wheel)上的同时，沿着基于主车辆周围的行驶环境设定的行驶路径行驶。
发明内容
但是，例如当主车辆超过左车道的卡车时，驾驶员在某些情况下执行转向操作，以使卡车与主车辆之间的横向距离大于基于设定的行驶路径的卡车与主车辆之间的横向距离。在这种情况下，该设备将大反作用力施加到驾驶员所操作的方向盘，以使主车辆返回到设定的行驶路径。结果，驾驶员的操作自如性可能降低，或者主车辆的行为可能变得不稳定。而且，即使在主车辆已经超过卡车，并且驾驶员减小施加到方向盘的力时，该设备也会继续将大反作用力施加到方向盘，以使主车辆返回到设定的行驶路径。因此，主车辆的行为可能变得不稳定。
本发明提供这样的自动驾驶设备和自动驾驶系统：该设备和系统被配置为，当在自动驾驶期间发生主车辆的驾驶员对方向盘的转向操作时，以及当转向操作不再发生时，提高驾驶员的操作的自如性和主车辆行为的稳定性。
本发明的第一方面涉及一种自动驾驶设备，其被配置为，在控制方向盘的旋转以使所述方向盘旋转对应于第一目标转向角的旋转角度的同时，根据所述第一目标转向角执行主车辆的自动驾驶，以及所述自动驾驶设备被配置为，当在所述自动驾驶期间发生所述主车辆的驾驶员对所述方向盘的转向操作时，使所述主车辆临时根据与所述方向盘的旋转角度对应的实际转向角行驶。所述自动驾驶设备包括：转向操作检测单元，其被配置为检测所述转向操作；目标转向角设定单元，其被配置为，在所述自动驾驶期间设定与所述主车辆周围的行驶环境和所述主车辆的行驶状态对应的所述第一目标转向角，以及目标转向角设定单元被配置为，当所述转向操作检测单元在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时，设定所述第一目标转向角以及基于所述第一目标转向角和所述实际转向角的第二目标转向角；转向控制单元，其被配置为，在所述自动驾驶期间根据所述第一目标转向角执行所述主车辆的转向控制，以及所述转向控制单元被配置为，当所述转向操作检测单元在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时，根据所述实际转向角执行所述主车辆的转向控制；以及方向盘控制单元，其被配置为，在所述自动驾驶期间控制所述方向盘的旋转，以使所述方向盘旋转对应于所述第一目标转向角的旋转角度，以及所述方向盘控制单元被配置为，当所述转向操作检测单元在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时，控制所述方向盘的旋转，以使所述方向盘旋转对应于所述第二目标转向角的旋转角度。所述目标转向角设定单元被配置为，在从所述转向操作检测单元在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时直到所述转向操作检测单元检测到所述转向操作的结束时的时间段内，设定随着时间的推移从所述第一目标转向角逐渐接近所述实际转向角的所述第二目标转向角。所述目标转向角设定单元被配置为，在所述转向操作检测单元检测到由所述转向操作检测单元在所述自动驾驶期间检测到的所述转向操作的结束之后，设定随着时间的推移逐渐接近所述第一目标转向角的所述第二目标转向角。
通过上述配置，目标转向角设定单元在自动驾驶期间设定与主车辆周围的行驶环境和主车辆的行驶状态对应的第一目标转向角，并且当在自动驾驶期间检测到转向操作时，设定第一目标转向角以及第二目标转向角。方向盘控制单元控制方向盘的旋转，以使在自动驾驶期间，方向盘根据第一目标转向角旋转，以及当在自动驾驶期间检测到转向操作时，方向盘根据第二目标转向角旋转。此外，在从在自动驾驶期间检测到转向操作时直到检测到转向操作的结束时的时间段内，目标转向角设定单元设定随着时间的推移从第一目标转向角逐渐接近实际转向角的第二目标转向角，以及在检测到在自动驾驶期间检测到的转向操作的结束之后，目标转向角设定单元设定随着时间的推移逐渐接近第一目标转向角的第二目标转向角。因此，在自动驾驶期间发生主车辆的驾驶员对方向盘的转向操作之后，被施加到驾驶员所操作的方向盘的反作用力逐渐减小。在转向操作结束之后，被施加到驾驶员所操作的方向盘的反作用力逐渐增加。因此，当在自动驾驶期间发生主车辆的驾驶员对方向盘的转向操作时，以及当转向操作不再发生时，驾驶员的操作自如性和主车辆行为的稳定性得到提高。
根据第一方面的自动驾驶设备可以进一步包括指示控制单元。所述指示控制单元被配置为，当所述转向操作检测单元未检测到所述转向操作时，以及当所述转向操作检测单元检测到所述转向操作的结束时，使所述主车辆的指示器示出用于通知所述主车辆的驾驶员未检测到所述转向操作的转向操作未检测指示。所述指示控制单元被配置为，当所述转向操作检测单元检测到所述转向操作时，使所述指示器示出用于通知所述主车辆的驾驶员检测到所述转向操作的转向操作检测指示。
通过上述配置，当转向操作检测单元未检测到转向操作时，以及当转向操作检测单元检测到转向操作的结束时，指示器示出用于通知主车辆的驾驶员未检测到转向操作的转向操作未检测指示。进一步地，当转向操作检测单元检测到转向操作时，指示器示出用于通知主车辆的驾驶员检测到转向操作的转向操作检测指示。这样允许驾驶员识别自动驾驶设备是否检测到驾驶员的转向操作，并且基于检测控制方向盘的旋转。
本发明的第二方面涉及一种自动驾驶系统，其被配置为，在控制方向盘的旋转以使所述方向盘旋转对应于第一目标转向角的旋转角度的同时，根据所述第一目标转向角执行主车辆的自动驾驶，以及所述自动驾驶系统被配置为，当在所述自动驾驶期间发生所述主车辆的驾驶员对所述方向盘的转向操作时，使所述主车辆临时根据与所述方向盘的旋转角度对应的实际转向角行驶，所述自动驾驶系统包括：转向传感器，其检测并输出对所述方向盘的转向操作的量；转向致动器，其控制所述主车辆的转向角；方向盘致动器，其控制要被施加到所述方向盘的转矩；以及电子控制单元，其被配置为：检测所述转向操作；在所述自动驾驶期间设定与所述主车辆周围的行驶环境和所述主车辆的行驶状态对应的所述第一目标转向角，以及当在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时，设定所述第一目标转向角以及基于所述第一目标转向角和所述实际转向角的第二目标转向角；在所述自动驾驶期间基于所述第一目标转向角控制所述转向致动器，以及当在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时，基于所述实际转向角控制所述转向致动器；以及在所述自动驾驶期间控制所述方向盘致动器，以使所述方向盘旋转对应于所述第一目标转向角的旋转角度，以及当在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时，控制所述方向盘致动器，以使所述方向盘旋转对应于所述第二目标转向角的旋转角度，其中所述电子控制单元被配置为，在从在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时直到检测到所述转向操作的结束时的时间段内，设定随着时间的推移从所述第一目标转向角逐渐接近所述实际转向角的所述第二目标转向角，以及所述电子控制单元被配置为，在检测到在所述自动驾驶期间检测到的所述转向操作的结束之后，设定随着时间的推移逐渐接近所述第一目标转向角的所述第二目标转向角。
根据第二方面的自动驾驶系统可以进一步包括指示器。所述电子控制单元可以被配置为，当未检测到所述转向操作时，使所述指示器示出用于通知所述主车辆的驾驶员未检测到所述转向操作的第一指示。所述电子控制单元可以被配置为，当检测到所述转向操作时，使所述指示器示出用于通知所述主车辆的驾驶员检测到所述转向操作的第二指示。
根据本发明的各方面，当在自动驾驶期间发生主车辆的驾驶员对方向盘的转向操作时，以及当转向操作不再发生时，可以提高驾驶员的操作自如性和主车辆行为的稳定性。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在所述附图中，相同的参考标号表示相同的部件，其中：
图1是示出根据第一实施例的自动驾驶设备的配置的框图；
图2是示出图1中的自动驾驶设备的操作的流程图；
图3A是示出实际转向角、第一目标转向角和第二目标转向角的时间变化的图形；
图3B是示出通过转向操作施加到方向盘的转矩和由转向致动器施加到方向盘的转矩的时间变化的图形；
图3C是示出主车辆的横向位置的时间变化的图形；
图4是示出根据第二实施例的自动驾驶设备的配置的框图；
图5A是示出图4中的自动驾驶设备的操作的流程图；
图5B是示出图4中的自动驾驶设备的操作的流程图；
图6A是示出转向操作未检测指示的实例的视图；
图6B是示出转向操作未检测指示的实例的视图；
图6C是示出转向操作检测指示的实例的视图；
图6D是示出转向操作检测指示的实例的视图；
图6E是示出转向操作检测指示的实例的视图；以及
图6F是示出转向操作检测指示的实例的视图。
具体实施方式
第一实施例
下面参考附图详细地描述本发明的第一实施例。如图1所示，第一实施例的自动驾驶设备100a安装在诸如汽车之类的主车辆V中。自动驾驶设备100a在控制方向盘的旋转以使方向盘旋转对应于第一目标转向角的旋转角度的同时，根据第一目标转向角(在下面描述)执行主车辆V的自动驾驶。当在自动驾驶期间发生主车辆V的驾驶员对方向盘的转向操作时，自动驾驶设备100a使主车辆V临时根据与方向盘的旋转角度对应的实际转向角行驶。主车辆V的自动驾驶表示在无主车辆V的驾驶员的驾驶操作的情况下执行诸如加速、减速和转向之类的主车辆V的驾驶操作。实际转向角表示与方向盘的旋转角度对应的主车辆V的转向角。也就是说，当主车辆V在手动驾驶期间根据主车辆V的驾驶员的转向操作行驶时，实际转向角与主车辆V的转向角相同。
如图1所示，自动驾驶设备100a包括外部传感器1、全球定位系统(GPS)接收器2、内部传感器3、地图数据库4、导航系统5、致动器6、人机接口(HMI)7a、转向传感器8、方向盘9、辅助装置U和电子控制单元(ECU)10a。
外部传感器1是检测外部状况的检测器，外部状况是与主车辆V的周围环境有关的信息。外部传感器1包括相机、雷达以及激光成像探测与测距(LIDAR)中的至少一者。
相机是捕捉主车辆V的外部状况的图像的图像捕捉装置。相机例如设置在主车辆V的挡风玻璃的后侧。相机可以是单目相机，也可以是立体相机。立体相机例如具有被设置为再现双眼视差的两个图像捕捉单元。立体相机捕捉的图像信息包括深度方向信息。相机将所捕捉的有关主车辆V的外部状况的图像信息输出到ECU 10a。
雷达使用无线电波检测主车辆V外部的障碍物。无线电波例如为毫米波。雷达将无线电波发射到主车辆V周围的环境，并且接收从障碍物反射的无线电波，从而检测障碍物。雷达例如可以输出相对于障碍物的距离或方向作为障碍物信息，此障碍物信息是有关障碍物的信息。雷达将检测到的障碍物信息输出到ECU 10a。当执行传感器融合时，所反射的无线电波接收信息可以被输出到ECU 10a。
LIDAR使用光检测主车辆V外部的障碍物。LIDAR将光发射到主车辆V周围的环境，并且接收从障碍物反射的光以测量到反射点的距离，从而检测障碍物。LIDAR例如可以输出相对于障碍物的距离或方向作为障碍物信息。LIDAR将检测到的障碍信息输出到ECU 10a。当执行传感器融合时，反射光接收信息可以被输出到ECU 10a。需要指出，没必要设置相机、LIDAR和雷达中的两者或全部，也就是说，设置相机、LIDAR和雷达中的一者足矣。
GPS接收器2从三个或更多个GPS卫星接收信号以获取指示主车辆V的位置的位置信息。位置信息例如包括主车辆V所在位置的经度和纬度。GPS接收器2将所测量的有关主车辆V的位置信息输出到ECU 10a。GPS接收器2可以被另一能够识别主车辆V所在位置的经度和纬度的装置取代。
内部传感器3是检测与主车辆V的行驶状态对应的信息的检测器。内部传感器3包括车速传感器、加速度传感器和角速度(yaw rate)传感器中的至少一者以检测与主车辆V的行驶状态对应的信息。
车速传感器是检测主车辆V的速度的检测器。车速传感器的实例包括例如被设置在主车辆V的车轮中，或者被设置在随着主车辆V的车轮一起旋转的驱动轴上以检测车轮的转速的轮速传感器。车速传感器将包括主车辆V的速度的车速信息(轮速信息)输出到ECU10a。
加速度传感器是检测主车辆V的加速度的检测器。加速度传感器例如包括检测主车辆V的纵向(前后方向)上的加速度的纵向加速度传感器和检测主车辆V的横向加速度的横向加速度传感器。加速度传感器将包括主车辆V的加速度的加速度信息输出到ECU 10a。
角速度传感器是检测通过主车辆V的重心的垂直轴周围的角速度(旋转角速度)的检测器。作为角速度传感器，例如可以使用陀螺仪传感器。角速度传感器将包括主车辆V的角速度的角速度信息输出到ECU 10a。
地图数据库4是包括地图信息的数据库。地图数据库4例如被设置在安装在主车辆V上的硬盘驱动器(HDD)中。地图信息例如包括有关道路的位置信息、道路形状信息和有关交叉路口和交汇路口的位置信息。道路形状信息例如包括弯道和直线路径的类型，以及弯道的曲率。此外，当自动驾驶设备100a使用有关遮蔽结构(诸如大厦或墙壁)的位置信息或者使用同步定位与地图构建(SLAM)技术时，地图信息可以包括来自外部传感器1的输出信号。地图数据库4可以被存储在安装于设施(诸如能够与主车辆V通信的信息处理中心)内的计算机中。
导航系统5是为主车辆V的驾驶员提供到由主车辆V的驾驶员在地图上设定的目的地的路线引导的装置。导航系统5基于GPS接收器2测量的有关主车辆V的位置信息和地图数据库4中的地图信息，计算主车辆V行驶时所沿着的路线。导航系统5例如计算从主车辆V的位置到目的地的目标路线，并且通过在显示器上指示该目标路线，或者通过从扬声器由语音输出该目标路线来将目标路线通知给驾驶员。导航系统5例如将有关主车辆V的目标路线的信息输出到ECU 10a。导航系统5可以使用存储在设施(诸如能够与主车辆V通信的信息处理中心)的计算机中的信息。备选地，导航系统5执行的部分处理可以由设施内的计算机执行。
致动器6是执行主车辆V的行驶控制的装置。致动器6包括转向致动器、方向盘致动器60、节气门(throttle)致动器和制动致动器。
转向致动器控制辅助电动机的驱动，该辅助电动机响应于来自ECU10a的控制信号而控制转向角。辅助电动机被包括在电动助力转向系统中。因此，转向致动器控制主车辆V的转向角。转向致动器控制的主车辆V的转向角不仅包括主车辆V的前轮的转向角，而且还包括主车辆V的后轮的转向角。方向盘致动器60控制伺服电动机的驱动，该伺服电动机响应于来自ECU 10a的控制信号而旋转方向盘9。方向盘致动器60控制要被施加到方向盘9的转矩，从而适当地控制针对主车辆V的驾驶员对方向盘9的转向操作的反作用力。
节气门致动器响应于来自ECU 10a的控制信号而控制要被提供给引擎的空气量(即，节气门开度)，从而控制主车辆V的驱动力。当主车辆V是混合动力车辆或电动车辆时，不设置节气门致动器，以便来自ECU 10a的控制信号被输入到用作动力源的电动机，并且基于控制信号控制主车辆V的驱动力。
制动致动器响应于来自ECU 10a的控制信号而控制制动系统，从而控制要被施加到主车辆V的车轮的制动力。作为制动系统，例如可以使用液压制动系统。
HMI 7a是这样的接口：通过该接口，来自主车辆V的驾驶员的信息被输入到自动驾驶设备100a，或来自自动驾驶设备100a的信息被输出给主车辆V的驾驶员。HMI 7a例如包括用于向驾驶员显示图像信息的显示面板、用于输出语音的扬声器、以及驾驶员执行输入操作所使用的手动操作按钮或触摸面板。HMI 7a可以使用与HMI 7a无线连接的个人数字助理将信息输出给驾驶员，以及可以使用个人数字助理接收驾驶员的输入操作。
转向传感器8是例如检测主车辆V的驾驶员对方向盘9的转向操作的量的检测器。转向传感器检测到的转向操作的量例如是被施加到方向盘9的转向转矩，或者是方向盘9的旋转角度。转向传感器8例如被设置在主车辆V的转向轴上。转向传感器8将包括要被施加到方向盘9的转向转矩或方向盘9的旋转角度的信息输出到ECU 10a。
辅助装置U是通常可以由主车辆V的驾驶员操作的装置。不包括在致动器6中的装置被统称为辅助装置U。辅助装置U在这种情况下例如包括方向灯、头灯和挡风玻璃刷。
ECU 10a控制主车辆V的自动驾驶。ECU 10a是电子控制单元，例如包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。ECU 10a包括转向操作检测单元11、行驶环境识别单元12、行驶状态识别单元13、目标转向角设定单元14、转向控制单元15、方向盘控制单元16、目标车速设定单元17和车速控制单元18。在ECU 10a中，存储在ROM中的程序被加载到RAM内，并且由CPU执行，从而执行诸如转向操作检测单元11之类的各个单元的控制。ECU 10a可以由多个电子控制单元构成。
转向操作检测单元11检测主车辆V的驾驶员的转向操作。当通过主车辆V的驾驶员的转向操作而施加到方向盘9的转矩变得等于或高于转向传感器8的检测下限时，转向操作检测单元11检测到发生主车辆V的驾驶员的转向操作。当通过主车辆V的驾驶员的转向操作而施加到方向盘9的转矩变得等于或高于预先设定的转向操作开始判定阈值时，转向操作检测单元11检测到主车辆V的驾驶员的转向操作(有意的转向操作)的开始。转向操作开始判定阈值例如可以被设置为大约1Nm的值。在检测到主车辆V的驾驶员的转向操作之后，当通过主车辆V的驾驶员的转向操作而施加到方向盘9的转矩变得等于或低于预先设定的转向操作结束判定阈值时，转向操作检测单元11检测到主车辆V的驾驶员的转向操作的结束。为了防止在短时间段内重复检测到转向操作的开始和转向操作的结束，转向操作开始判定阈值被设定为高于转向操作结束判定阈值。
当每单位时间的方向盘9的旋转角度变化变得等于或大于转向传感器8的检测下限时，转向操作检测单元11可以检测到主车辆V的驾驶员的转向操作发生。进一步地，当每单位时间的方向盘9的旋转角度变化变得等于或大于预先设定的转向操作开始判定阈值时，转向操作检测单元11可以检测到主车辆V的驾驶员的转向操作(有意的转向操作)的开始。在检测到主车辆V的驾驶员的转向操作之后，当每单位时间的方向盘9的旋转角度变化变得等于或小于预先设定的转向操作结束判定阈值时，转向操作检测单元11可以检测到主车辆V的驾驶员的转向操作的结束。
例如，转向操作开始判定阈值可以被设定为等于转向传感器8的检测下限的值，以及当检测到主车辆V的驾驶员的转向操作发生时，转向操作检测单元11可以检测到主车辆V的驾驶员的转向操作(有意的转向操作)的开始。进一步地，例如，转向操作结束判定阈值可以被设定为等于转向传感器8的检测下限的值，以及当检测到主车辆V的驾驶员的转向操作不再发生时，转向操作检测单元11可以检测到主车辆V的驾驶员的转向操作的结束。
行驶环境识别单元12基于外部传感器1的相机等、GPS接收器2和地图数据库4所获取的信息识别主车辆V周围的行驶环境。行驶环境表示主车辆V外部的状况。行驶环境例如表示主车辆V的前方道路的形状、主车辆V的前方道路的曲率、以及主车辆V周围的诸如其它车辆之类的障碍物的位置和相对速度。
行驶状态识别单元13基于外部传感器1、GPS接收器2、内部传感器3和地图数据库4所获取的信息识别主车辆V的行驶状态。行驶状态表示主车辆V的速度、加速度、角速度和位置。运动中的主车辆V的位置包括相对于车道中的主车辆V的参考位置(例如，车道中心)的主车辆V的横向位置。
目标转向角设定单元14在自动驾驶期间设定与行驶环境识别单元12所识别的主车辆V周围的行驶环境以及行驶状态识别单元13所识别的主车辆V的行驶状态对应的第一目标转向角。第一目标转向角被自动驾驶设备100a确定为适用于主车辆V周围的行驶环境和主车辆V的行驶状态的理想转向角。第一目标转向角例如是使得主车辆V保持在车道中心行驶的转向角。当转向操作检测单元11在自动驾驶期间检测到转向操作时，目标转向角设定单元14设定第一目标转向角和基于第一目标转向角和实际转向角的第二目标转向角。第二目标转向角是通过第一目标转向角和实际转向角之间的协调而获得的转向角。第一目标转向角被自动驾驶设备100a确定为适用于主车辆V周围的行驶环境和主车辆V的行驶状态的理想转向角。实际转向角通过主车辆V的驾驶员的转向操作来实现。第二目标转向角被设定为第一目标转向角与实际转向角之间的转向角。
在下面对自动驾驶设备100a的操作的描述中，将使用转向操作检测单元11在自动驾驶期间检测到主车辆V的驾驶员的转向操作(有意的转向操作)的开始的情况作为其中转向操作检测单元11在自动驾驶期间检测到转向操作，并且目标转向角设定单元14设定第二目标转向角的情况实例。备选地，当转向操作检测单元11在自动驾驶期间检测到主车辆V的驾驶员的转向操作发生时，目标转向角设定单元14可以设定第二目标转向角。
转向控制单元15当在自动驾驶期间将控制信号发送到致动器6的转向致动器的同时，根据目标转向角设定单元14设定的第一目标转向角执行转向控制。当在自动驾驶期间检测到主车辆V的驾驶员的转向操作时，转向控制单元15在将控制信号发送到致动器6的转向致动器的同时，根据与方向盘9的旋转角度对应的实际转向角执行主车辆V的转向控制。
在下面对自动驾驶设备100a的操作的描述中，将使用转向操作检测单元11在自动驾驶期间检测到主车辆V的驾驶员的转向操作发生的情况作为其中转向操作检测单元11在自动驾驶期间检测到转向操作，并且转向控制单元15根据实际转向角执行主车辆V的转向控制的情况实例。备选地，当转向操作检测单元11在自动驾驶期间检测到主车辆V的驾驶员的转向操作(有意的转向操作)的开始时，转向控制单元15可以根据实际转向角执行主车辆V的转向控制。
方向盘控制单元16当在自动驾驶期间将控制信号发送到致动器6的方向盘致动器60的同时，控制方向盘9的旋转，以使方向盘9旋转对应于第一目标转向角的旋转角度。当转向操作检测单元11在自动驾驶期间检测到主车辆V的驾驶员的转向操作时，方向盘控制单元16在将控制信号发送到方向盘致动器60的同时，控制方向盘9的旋转，以使方向盘9旋转对应于第二目标转向角的旋转角度。除了与第一目标转向角的度数成比例的方向盘9的旋转角度，对应于第一目标转向角的旋转角度的实例还包括与第一目标转向角和主车辆V的车速对应的方向盘9的旋转角度。与第一目标转向角和主车辆V的车速对应的方向盘9的旋转角度的实例包括随着主车辆V的车速变高而相对于第一目标转向角的度数变大的方向盘9的旋转角度。这也适用于对应于第二目标转向角的旋转角度。
目标车速设定单元17在自动驾驶期间设定与行驶环境识别单元12所识别的主车辆V周围的行驶环境以及行驶状态识别单元13所识别的主车辆V的行驶状态对应的目标车速。车速控制单元18在将控制信号发送到致动器6的加速致动器和制动致动器的同时，控制主车辆V的车速，以使主车辆V以目标车速设定单元17所设定的目标车速行驶。
下面将描述该实施例的自动驾驶设备100a的操作。如图2所示，自动驾驶设备100a执行主车辆V的自动驾驶(S1)。ECU 10a的目标转向角设定单元14设定第一目标转向角(S2)。目标转向角设定单元14例如基于通过ECU 10a的行驶环境识别单元12识别的主车辆V的前方道路的形状，计算主车辆V行驶时应该沿着的目标行驶路径。目标转向角设定单元14例如基于主车辆V的前方道路的曲率以及诸如相对于车道中的参考位置的主车辆V的目标横向位置和主车辆V的目标取向(偏转角)之类的目标值，计算主车辆V行驶时应该沿着的目标行驶路径。目标转向角设定单元14设定第一目标转向角，以使主车辆V沿着所计算的目标路径行驶。
在这种情况下，目标转向角设定单元14例如基于行驶环境识别单元12所识别的主车辆V的前方道路的曲率，通过前馈控制设定第一目标转向角。目标转向角设定单元14可以基于主车辆V的横向位置和行驶状态识别单元13所识别的偏转角与目标值的偏离量，通过反馈控制设定第一目标转向角。
ECU 10a的方向盘控制单元16控制方向盘9的旋转，以使方向盘9旋转对应于第一目标转向角的旋转角度(S3)。ECU 10a的转向控制单元15执行主车辆V的转向控制，以使主车辆V根据第一目标转向角行驶(S4)。
例如，如图3A所示，当主车辆V正在直线路径上行驶时，实际转向角和第一目标转向角在时间t1之前均为0。如图3B所示，通过驾驶员的转向操作施加到方向盘9的转矩和由方向盘致动器60施加到方向盘9的转矩在时间t1之前均为0。如图3C所示，在时间t1之前，主车辆V的横向位置位于车道中心。图3C中的车辆横向位置表示主车辆V的车辆中心c相对于车道中心的横向位置(即，在垂直于车道的方向上，主车辆V的车辆中心c与车道中心之间的距离)。横向位置可以是主车辆V的重心相对于车道中心的横向位置。
接下来将描述这样的情况：其中，当主车辆V超过左车道的卡车时，主车辆V的驾驶员临时执行转向操作，以使卡车与主车辆V之间的横向距离大于基于与第一目标转向角对应的行驶路径的卡车与主车辆V之间的横向距离。如图2所示，当转向操作检测单元11检测到此类转向操作发生时(S5)，转向控制单元15执行主车辆V的转向控制，以使主车辆V根据实际转向角行驶(S6)。当转向操作检测单元11未检测到此类转向操作发生时(S5)，如上所述，转向控制单元15继续根据第一目标转向角的转向控制。
如图3A和3C所示，主车辆V在从时间t1到时间t2的时间段期间根据实际转向角行驶。如图3C所示，主车辆V的横向位置与车道中心的偏离变大。目标转向角设定单元14基于主车辆V周围的行驶环境和主车辆V的行驶状态，设定用于使主车辆V返回到车道中心的第一目标转向角。方向盘控制单元16控制方向盘9的旋转，以使方向盘9旋转对应于第一目标转向角的旋转角度。因此，如图3B所示，在从时间t1到时间t2的时间段期间，由方向盘致动器60施加到方向盘9的转矩响应于通过驾驶员的转向操作施加的转矩而增加。
当ECU 10a的转向操作检测单元11在自动驾驶期间检测到主车辆V的驾驶员的转向操作(有意的转向操作)的开始时(S7)，目标转向角设定单元14设定第一目标转向角和基于第一目标转向角和实际转向角的第二目标转向角(S8)。方向盘控制单元16控制方向盘9的旋转，以使方向盘9旋转对应于第二目标转向角的旋转角度(S9)。当转向操作检测单元11未检测到主车辆V的驾驶员的转向操作(有意的转向操作)的开始时(S7)，如上所述，目标转向角设定单元14继续第一目标转向角的设定，转向控制单元15继续根据实际转向角的转向控制，以及方向盘控制单元16继续根据第一目标转向角的方向盘9的旋转控制。
如图3B所示，在时间t2处，通过驾驶员的转向操作施加到方向盘9的转矩变得等于或高于转向操作开始判定阈值。如图3A所示，在从时间t2到时间t3的时间段内，目标转向角设定单元14设定随着时间的推移从第一目标转向角逐渐接近实际转向角的第二目标转向角。方向盘控制单元16控制方向盘9的旋转，以使方向盘9旋转对应于第二目标转向角的旋转角度。因此，如图3B所示，在从时间t2到时间t3的时间段内，相对于通过驾驶员的转向操作施加到方向盘9的转矩，由方向盘致动器60施加到方向盘9的转矩随着时间的推移而减小。
“第二目标转向角随着时间的推移从第一目标转向角逐渐接近实际转向角”例如表示：第二目标转向角随着时间的推移变为从实际转向角朝着第一目标转向角偏离预设的转向角α的转向角。如图3A所示，在从时间t3到时间t4的时间段内，目标转向角设定单元14设定第二目标转向角，该第二目标转向角是从实际转向角朝着第一目标转向角偏离预设的转向角α的转向角。方向盘控制单元16控制方向盘9的旋转，以使方向盘9旋转对应于第二目标转向角的旋转角度，该第二目标转向角从实际转向角朝着第一目标转向角偏离预设的转向角α。因此，如图3B所示，在从时间t3到时间t4的时间段内，驾驶员感受到对应于转向角α(实际转向角与第二目标转向角之差)的反作用力。
转向角α与施加到方向盘9的反作用力对应，以便通知驾驶员自动驾驶设备100a的意图。例如，为了施加大反作用力，转向角α被设定为大值。另一方面，为了施加小反作用力，转向角α被设定为小值。在此方面，可以根据转向角α调整驾驶员将感受到的被施加到方向盘9的反作用力的大小。转向角α可以为固定值。备选地，转向角α可以被设定为与主车辆V的速度对应的值。进一步备选地，当实际转向角与第一目标转向角之差较大时，转向角α可以被设定为较大值。进一步备选地，转向角α可以被设定为零以防止驾驶员随着时间的推移而感受到反作用力。
因此，在从转向操作检测单元11在自动驾驶期间检测到转向操作时直到转向操作检测单元11检测到转向操作的结束时的时间段期间，目标转向角设定单元14设定随着时间的推移从第一目标转向角逐渐接近实际转向角的第二目标转向角。在从转向操作检测单元11在自动驾驶期间检测到转向操作时直到转向操作检测单元11不再检测到转向操作时的时间段的全部或部分内，第二目标转向角可以随着时间的推移从第一目标转向角逐渐接近实际转向角。从时间t2到时间t3的时间段(其中第二目标转向角变为从实际转向角朝着第一目标转向角偏离预设的转向角α的转向角)可以是固定时间段，也可以随着实际转向角与第一目标转向角之差变大而被设定为较短的时间段。
如图2所示，在转向操作检测单元11检测到由转向操作检测单元11在自动驾驶期间检测到的转向操作的结束之后(S10)，目标转向角设定单元14设定随着时间的推移逐渐接近第一目标转向角的第二目标转向角(S11)。“第二目标转向角随着时间的推移逐渐接近第一目标转向角”例如表示：第二目标转向角随着时间的推移变得等于第一目标转向角。当转向操作检测单元11未检测到转向操作的结束时(S10)，如上所述，目标转向角设定单元14继续设定逐渐接近实际转向角的第二目标转向角，转向控制单元15继续根据实际转向角的转向控制，以及方向盘控制单元16继续根据逐渐接近实际转向角的第二目标转向角的方向盘9的旋转控制。
如图3B所示，在时间t4处，通过驾驶员的转向操作施加到方向盘9的转矩变得等于或低于转向操作结束判定阈值。如图3A所示，在从时间t4到时间t5的时间段内，目标转向角设定单元14设定随着时间的推移逐渐接近第一目标转向角的第二目标转向角。方向盘控制单元16控制方向盘9的旋转，以使方向盘9旋转对应于第二目标转向角的旋转角度。因此，如图3B所示，由方向盘致动器60施加到方向盘9的转矩在紧接在时间t4之后的时间段期间随着时间的推移而增加。因此，驾驶员感受到在紧接在时间t4之后的时间段期间随着时间的推移而增加的反作用力。
如图3B所示，在从时间t4到时间t5的时间段内，通过驾驶员的转向操作而施加到方向盘9的转矩变为零，并且驾驶员被置于其中驾驶员只是将他/她的手放在由方向盘致动器60旋转的方向盘9上的状态。方向盘9旋转对应于第二目标转向角的旋转角度，并且转向控制单元15根据与方向盘9的旋转角度对应的实际转向角执行主车辆V的转向控制。因此，如图3A所示，在从时间t4到时间t5的时间段内，实际转向角也随着时间的推移逐渐接近第一目标转向角。
如图3A所示，在时间t5处，实际转向角和第二目标转向角变得等于第一目标转向角，并且目标转向角设定单元14结束第二目标转向角的设定。转向控制单元15执行主车辆V的转向控制，以使主车辆V根据第一目标转向角行驶。方向盘控制单元16控制方向盘9的旋转，以使方向盘9旋转对应于第一目标转向角的旋转角度。因此，自动驾驶设备100a恢复正常的自动驾驶(S12)。
从时间t4到时间t5的时间段(其中第二目标转向角变得等于第一目标转向角)可以是固定时间段，也可以随着实际转向角与第一目标转向角之差变大而被设定为较短的时间段。当主车辆V正在弯道上行驶，并且主车辆V的驾驶员的转向操作的方向与弯道的方向相反时，从时间t4到时间t5的时间段(其中第二目标转向角变得等于第一目标转向角)可以被设定为相对短。另一方面，当主车辆V正在弯道上行驶，并且主车辆V的驾驶员的转向操作的方向与弯道的方向相同时，可以将高优先级赋予驾驶员的意图，以使从时间t4到时间t5的时间段(其中第二目标转向角变得等于第一目标转向角)可以被设定为相对长。
如图3C所示，在时间t5处(其中实际转向角和第二目标转向角变得等于第一目标转向角，并且自动驾驶设备100a恢复正常的自动驾驶)，主车辆V不需要返回到车道中心。在这种情况下，自动驾驶设备100a首先恢复正常的自动驾驶，然后主车辆V通过自动驾驶而返回到车道中心。
在该实施例中，目标转向角设定单元14在自动驾驶期间设定与主车辆V周围的行驶环境以及主车辆V的行驶状态对应的第一目标转向角，以及当在自动驾驶期间检测到转向操作时，目标转向角设定单元14设定第一目标转向角和第二目标转向角。在自动驾驶期间，方向盘控制单元16控制方向盘9的旋转，以使方向盘9根据第一目标转向角旋转，以及当在自动驾驶期间检测到转向操作时，方向盘9旋转对应于第二目标转向角的旋转角度。此外，在从在自动驾驶期间检测到转向操作时直到检测到转向操作的结束时的时间段期间，目标转向角设定单元14设定随着时间的推移从第一目标转向角逐渐接近实际转向角的第二目标转向角，以及在检测到在自动驾驶期间检测到的转向操作的结束之后，目标转向角设定单元14设定随着时间的推移逐渐接近第一目标转向角的第二目标转向角。因此，当在自动驾驶期间发生主车辆V的驾驶员对方向盘9的转向操作时，被施加到驾驶员所操作的方向盘9的反作用力逐渐减小，以及当转向操作不再发生时，被施加到驾驶员所操作的方向盘9的反作用力逐渐增加。因此，当在自动驾驶期间发生主车辆的驾驶员对方向盘9的转向操作时，以及当转向操作不再发生时，可以增强驾驶员的操作自如性和主车辆V的行为的稳定性。
第二实施例
下面将描述本发明的第二实施例。该实施例与第一实施例的不同之处在于，主车辆V的驾驶员被通知是否检测到驾驶员的转向操作。如图4所示，该实施例的自动驾驶设备100b具有第一实施例的配置，并且进一步包括设置在电子控制单元(ECU)10b中的指示控制单元19。自动驾驶设备100b具有第一实施例的配置，并且进一步包括设置在HMI 7b中的指示器70。
当主车辆V的驾驶员的转向操作未被转向操作检测单元11检测到时，指示控制单元19使主车辆V的指示器70示出用于通知主车辆V的驾驶员未检测到转向操作的转向操作未检测指示(第一指示)。当转向操作检测单元11检测到转向操作时，指示控制单元19使指示器70示出用于通知主车辆V的驾驶员检测到转向操作的转向操作检测指示(第二指示)。
指示器70是例如被设置在仪表板上以指示图标的装置。如下面所述，指示器70示出指示未检测到转向操作的转向操作未检测指示的图标，以及示出指示检测到转向操作的转向操作检测指示的图标。指示器70可以图标之外的形式(诸如移动图像或语音)示出转向操作未检测指示和转向操作检测指示。
下面将描述该实施例中的自动驾驶设备100b的操作。如图5A和5B所示，与第一实施例中的图2的S1到S3中的处理相同的S101到S103的处理由自动驾驶设备100b执行。在这种情况下，由于转向操作检测单元11未检测到主车辆V的驾驶员的转向操作，因此，ECU 10b的指示控制单元19使主车辆V的指示器70示出用于通知主车辆V的驾驶员未检测到转向操作的转向操作未检测指示(S104)。
当行驶环境识别单元12识别到主车辆V正在直线路径上行驶时，指示控制单元19使指示器70示出例如图6A所示的转向操作未检测指示71S。如图6A所示，转向操作未检测指示71S包括车道指示l(车道指示l是表示直线路径的车道边界线的图标)和示出主车辆V正在根据第一目标转向角向前直线行驶的方向指示d1。当行驶环境识别单元12识别到主车辆V正在左手弯道上行驶时，指示控制单元19使指示器70示出例如图6B所示的转向操作未检测指示71L。如图6B所示，转向操作未检测指示71L包括车道指示l(车道指示l是表示左后弯道的车道边界线的图标)和示出主车辆V正在根据第一目标转向角左转的方向指示d2。
如图5A和5B所示，与第一实施例中的图2的S4到S7中的处理相同的S105到S108的处理由自动驾驶设备100b执行。当检测到转向操作的开始时，指示控制单元19使主车辆V的指示器70示出用于通知主车辆V的驾驶员检测到转向操作的转向操作检测指示(S109)。
当行驶环境识别单元12识别到主车辆V正在直线路径上行驶时，指示控制单元19使指示器70示出例如图6C所示的转向操作检测指示72S。如图6C所示，转向操作检测指示72S包括车道指示l(车道指示l是表示直线路径的车道边界线的图标)和示出设定第二目标转向角的方向指示d3。当行驶环境识别单元12识别到主车辆V正在左手弯道上行驶时，指示控制单元19使指示器70示出例如图6D所示的转向操作检测指示72L。如图6D所示，转向操作检测指示72L包括车道指示l(车道指示l是表示左手弯道的车道边界线的图标)和示出设定第二目标转向角的方向指示d4。
当行驶环境识别单元12识别到主车辆V正在直线路径上行驶时，指示控制单元19可以使指示器70示出例如图6E所示的转向操作检测指示73S。如图6E所示，转向操作检测指示73S包括车道指示l(车道指示l是表示直线路径的车道边界线的图标)、示出设定第二目标转向角的方向指示d3、以及示出设定第一目标转向角的方向指示d5。当行驶环境识别单元12识别到主车辆V正在左手弯道上行驶时，指示控制单元19可以使指示器70示出例如图6F所示的转向操作检测指示73L。如图6F所示，转向操作检测指示73L包括车道指示l(车道指示l是表示左手弯道的车道边界线的图标)、示出设定第二目标转向角的方向指示d4、以及示出设定第一目标转向角的方向指示d6。
如图5A和5B所示，与第一实施例中的图2的S8到S10中的处理相同的S110到S112的处理由自动驾驶设备100b执行。当检测到转向操作的结束时，指示控制单元19使主车辆V的指示器70示出转向操作未检测指示71S、71L等以通知主车辆V的驾驶员未检测到转向操作(S113)。与第一实施例中的图2的S11到S12中的处理相同的S114到S115的处理由自动驾驶设备100b执行。
在检测到转向操作并且根据实际转向角执行主车辆V的转向控制时(而非在检测到转向操作时)，可以做出从转向操作未检测指示71S、71L等到转向操作检测指示72S、72L、73S、73L等的切换。
根据该实施例，当转向操作检测单元11未检测到转向操作，以及当转向操作检测单元11检测到转向操作的结束时，指示控制单元19使指示器70示出转向操作未检测指示71S、71L等，以通知主车辆V的驾驶员未检测到转向操作。另一方面，当转向操作检测单元11检测到转向操作时，指示控制单元19使指示器70示出转向操作检测指示72S、72L、73S、73L等，以通知主车辆V的驾驶员检测到转向操作。这样允许驾驶员识别自动驾驶设备100b是否检测到驾驶员的转向操作，并且基于该检测控制方向盘9的旋转。
尽管上面已经描述了本发明的实施例，但是本发明不限于上述实施例，并且可以通过其它各种实施例来实现。

Claims (4)

1.一种自动驾驶设备，其被配置为，在控制方向盘的旋转以使所述方向盘旋转对应于第一目标转向角的旋转角度的同时，根据所述第一目标转向角执行主车辆的自动驾驶，以及所述自动驾驶设备被配置为，当在所述自动驾驶期间发生所述主车辆的驾驶员对所述方向盘的转向操作时，使所述主车辆临时根据与所述方向盘的旋转角度对应的实际转向角行驶，所述自动驾驶设备的特征在于包括：
转向操作检测单元，其被配置为检测所述转向操作；
目标转向角设定单元，其被配置为，在所述自动驾驶期间设定与所述主车辆周围的行驶环境和所述主车辆的行驶状态对应的所述第一目标转向角，以及目标转向角设定单元被配置为，当所述转向操作检测单元在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时，设定所述第一目标转向角以及基于所述第一目标转向角和所述实际转向角的第二目标转向角；
转向控制单元，其被配置为，在所述自动驾驶期间根据所述第一目标转向角执行所述主车辆的转向控制，以及所述转向控制单元被配置为，当所述转向操作检测单元在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时，根据所述实际转向角执行所述主车辆的转向控制；以及
方向盘控制单元，其被配置为，在所述自动驾驶期间控制所述方向盘的旋转，以使所述方向盘旋转对应于所述第一目标转向角的旋转角度，以及所述方向盘控制单元被配置为，当所述转向操作检测单元在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时，控制所述方向盘的旋转，以使所述方向盘旋转对应于所述第二目标转向角的旋转角度，其中
所述目标转向角设定单元被配置为，在从所述转向操作检测单元在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时直到所述转向操作检测单元检测到所述转向操作的结束时的时间段内，设定随着时间的推移从所述第一目标转向角逐渐接近所述实际转向角的所述第二目标转向角，以及
所述目标转向角设定单元被配置为，在所述转向操作检测单元检测到由所述转向操作检测单元在所述自动驾驶期间检测到的所述转向操作的结束之后，设定随着时间的推移逐渐接近所述第一目标转向角的所述第二目标转向角。
2.根据权利要求1所述的自动驾驶设备，其特征在于进一步包括
指示控制单元，其被配置为，当所述转向操作检测单元未检测到所述转向操作时，以及当所述转向操作检测单元检测到所述转向操作的结束时，使所述主车辆的指示器示出用于通知所述主车辆的驾驶员未检测到所述转向操作的转向操作未检测指示，以及所述指示控制单元被配置为，当所述转向操作检测单元检测到所述转向操作时，使所述指示器示出用于通知所述主车辆的驾驶员检测到所述转向操作的转向操作检测指示。
3.一种自动驾驶系统，其被配置为，在控制方向盘的旋转以使所述方向盘旋转对应于第一目标转向角的旋转角度的同时，根据所述第一目标转向角执行主车辆的自动驾驶，以及所述自动驾驶系统被配置为，当在所述自动驾驶期间发生所述主车辆的驾驶员对所述方向盘的转向操作时，使所述主车辆临时根据与所述方向盘的旋转角度对应的实际转向角行驶，所述自动驾驶系统的特征在于包括：
转向传感器，其检测并输出对所述方向盘的转向操作的量；
转向致动器，其控制所述主车辆的转向角；
方向盘致动器，其控制要被施加到所述方向盘的转矩；以及
电子控制单元，其被配置为：
检测所述转向操作；
在所述自动驾驶期间设定与所述主车辆周围的行驶环境和所述主车辆的行驶状态对应的所述第一目标转向角，以及当在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时，设定所述第一目标转向角以及基于所述第一目标转向角和所述实际转向角的第二目标转向角；
在所述自动驾驶期间基于所述第一目标转向角控制所述转向致动器，以及当在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时，基于所述实际转向角控制所述转向致动器；以及
在所述自动驾驶期间控制所述方向盘致动器，以使所述方向盘旋转对应于所述第一目标转向角的旋转角度，以及当在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时，控制所述方向盘致动器，以使所述方向盘旋转对应于所述第二目标转向角的旋转角度，其中
所述电子控制单元被配置为，在从在所述自动驾驶期间检测到所述转向操作时直到检测到所述转向操作的结束时的时间段内，设定随着时间的推移从所述第一目标转向角逐渐接近所述实际转向角的所述第二目标转向角，以及
所述电子控制单元被配置为，在检测到在所述自动驾驶期间检测到的所述转向操作的结束之后，设定随着时间的推移逐渐接近所述第一目标转向角的所述第二目标转向角。
4.根据权利要求3所述的自动驾驶系统，其特征在于进一步包括：
指示器，其中：
所述电子控制单元被配置为，当未检测到所述转向操作时，使所述指示器示出用于通知所述主车辆的驾驶员未检测到所述转向操作的第一指示；以及
所述电子控制单元被配置为，当检测到所述转向操作时，使所述指示器示出用于通知所述主车辆的驾驶员检测到所述转向操作的第二指示。
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