CN108394458A

CN108394458A - 方向盘反馈机构

Info

Publication number: CN108394458A
Application number: CN201810095790.4A
Authority: CN
Inventors: 沃尔特·约瑟夫·塔拉蒙蒂; 米歇尔·约翰斯; 朱广文
Original assignee: Ford Global Technologies LLC; Leland Stanford Junior University
Current assignee: Ford Global Technologies LLC; Leland Stanford Junior University
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2018-08-14
Anticipated expiration: 2038-01-31
Also published as: CN108394458B; RU2018104445A3; RU2018104445A; GB201801850D0; US10259496B2; GB2561283B; US20180222524A1; RU2716525C2; MX2018001436A; DE102018102320A1; GB2561283A

Abstract

一种车辆中的计算机，被编程为改变车辆的转向角并且基于在预设的未来时间的转向角以及方向盘转角与转向角的确定的比率将车辆的方向盘转动到方向盘转角。确定的比率至少基于车辆速度而变化。

Description

方向盘反馈机构

技术领域

本公开总体上涉及车辆控制领域，并且更具体地，涉及方向盘反馈机构。

背景技术

美国汽车工程师协会(SAE)已经定义了多级别自主车辆操作。在级别0-2，人类驾驶员通常在没有车辆帮助的情况下监视或控制大部分驾驶任务。在级别0(“非自动化”)，人类驾驶员负责所有的车辆操作。在级别1(“驾驶员辅助”)中，车辆有时辅助转向、加速或制动，但驾驶员仍然负责绝大多数车辆控制。在级别2(“部分自动化”)，车辆可以在某些情况下控制转向、加速和制动而无需人为干预。在级别3-5，车辆承担更多的驾驶相关任务。在级别3(“有条件自动化”)下，车辆可以在某些情况下处理转向、加速和制动以及监测驾驶环境。然而，级别3需要驾驶员偶尔进行干预。在级别4(“高度自动化”)，车辆可以处理与级别3相同的任务，但不依靠驾驶员干预某些驾驶模式。在级别5(“完全自动化”)，车辆可以处理几乎所有的任务，无需驾驶员介入。

发明内容

根据本发明，提供一种计算机，计算机被编程为：

改变车辆的转向角；以及

基于预设的将来时间的转向角以及方向盘转角与转向角的确定的比率将方向盘转动到方向盘转角；

其中确定的比率至少基于车辆速度而变化。

根据本发明的一个实施例，其中确定的比率在第一车辆速度时比在第二车辆速度时更高，第一车辆速度比第二车辆速度更快。

根据本发明的一个实施例，其中确定的比率随着车辆速度增加而增加。

根据本发明的一个实施例，其中确定的比率随着车辆速度增加而单调增加。

根据本发明的一个实施例，其中确定的比率是基于道路类型。

根据本发明的一个实施例，其中道路类型是受控进出的公路和不受控进出的道路之一。

根据本发明的一个实施例，其中对于受控进出的公路的确定的比率高于对于不受控进出的道路的确定的比率。

根据本发明，提供一种方法，包括：

改变车辆的转向角；以及

其中确定的比率至少基于车辆速度而变化。

根据本发明，提供一种转向系统，包括：

具有方向盘转角的方向盘；

连接到方向盘的线控转向系统；以及

计算机，计算机与线控转向系统通信并且被编程为改变转向角，并且基于预设的未来时间的转向角和方向盘转角与转向角的确定的比率来旋转方向盘，确定的比率基于车辆速度。

根据本发明的一个实施例，还包括连接到线控转向系统的转向齿条，转向齿条能够连接到具有转向角的车轮。

根据本发明的一个实施例，其中对于受控进出公路的道路类型的确定的比率高于对于不受控进出道路的道路类型的确定的比率。

附图说明

图1是示例性车辆的框图；

图2是图1的车辆的俯视图；

图3是图1的车辆的方向盘的主视图；

图4是用于控制图1的车辆的方向盘的示例性过程的过程流程图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记在几个视图中表示相同的部件，车辆30中的计算机32被编程为改变车辆30的转向角并且基于在预设的未来时间预测的或预设的转向角度以及方向盘转角θ与预测的或预设的转向角度的确定的比率R来使车辆30的方向盘36旋转至方向盘转角θ。确定的比率R至少基于当前车辆速度而变化。

如所编程的计算机32使用方向盘36向人类驾驶员提供易于理解且直观的反馈。当能够直观地预测车辆30即将执行的动作时，人类驾驶员可能感觉更舒适。如果车辆30半自主地操作(如下面所定义的)，则计算机32可以提供人类驾驶员时间来做出反应以改变车辆30将要执行的动作，这可以减少车辆碰撞的可能性。

车辆30可以是自主车辆。计算机32可以完全或者以更大或更小的程度独立于人类驾驶员的介入而操作车辆30。计算机32可以被编程为操作推进系统40、制动系统42、转向系统34和/或其他车辆系统。

为了本公开的目的，自主模式被定义为其中车辆30的推进系统40、制动系统42和转向系统34中的每一个都由计算机32控制的模式；在半自主模式下，车辆30的计算机32控制推进系统40、制动系统42和转向系统34中的一个或两个。就背景而言，SAE已经定义了多级别的自主车辆操作，如背景技术中所述。因此，在一个示例中，根据本公开的非自主操作模式可以包括级别0-1、半自主操作模式可以包括级别2-3并且完全自主操作模式可以包括级别4-5。

参考图1，计算机32被包括在车辆30中用于执行各种操作，包括如本文所述。计算机32是通常包括处理器和存储器的计算设备，该存储器包括一种或多种形式的计算机可读介质，并且存储可由处理器执行的用于执行包括如本文所公开的各种操作的指令。计算机32的存储器一般还存储经由各种通信机构接收的远程数据；例如，计算机32通常被配置为在车辆30内的通信网络44上进行通信。计算机32也可以连接到车载诊断连接器(OBD-II)。尽管为了便于说明，在图1中示出了一个计算机32，但是应该理解的是，计算机32可以包括一个或多个计算设备，并且在此描述的各种操作可以由其执行。

计算机32可以通过通信网络44(其可以是控制器局域网(CAN)总线、以太网、本地互连网络(LIN)、蓝牙)和/或通过任何其他有线或无线通信网络来传输信号。计算机32可以与传感器46、推进系统40、制动系统42以及转向系统34的部件(例如线控转向系统38和转矩施加器48)通信。

继续参照图1，车辆30的推进系统40产生能量并将能量转换成车辆30的运动。推进系统40可以是已知的车辆推进子系统，例如包括连接到将旋转运动传递到车轮50的变速器的内燃机的动力传动系统；包括电池、电动马达以及将旋转运动传递到车轮50的变速器的电动动力传动系统；包括传统动力传动系统和电动动力传动系统的元件的混合动力传动系统；或任何其他类型的推进装置。推进系统40可以包括与计算机32和/或人类驾驶员进行通信并从其接收输入的电子控制单元(ECU)等。人类驾驶员可以经由例如加速器踏板和/或变速杆来控制推进系统40。

制动系统42通常是已知的车辆制动子系统并且抵抗车辆30的运动从而例如通过抵抗车轮50的旋转来减慢和/或停止车辆30。制动系统42可以是诸如盘式制动器、鼓式制动器、带式制动器等的摩擦制动器；再生制动器；任何其他合适类型的制动器；或者组合。制动系统42可以包括与计算机32和/或人类驾驶员进行通信并从其接收输入的电子控制单元(ECU)等。人类驾驶员可以经由例如制动踏板来控制制动系统42。

继续参考图1，转向系统34通常是已知的车辆转向子系统并且控制车轮50的转向。转向系统34可以是具有电动助力转向的齿条和小齿轮系统、使用线控转向的系统(因为两者都是已知的)或者任何其他合适的系统。转向系统34可以包括与计算机32和/或人类驾驶员进行通信并从其接收输入的电子控制单元(ECU)等。转向系统34可以包括人类驾驶员可以通过其控制转向系统34的方向盘36。对于使用线控转向的转向系统34，转向系统34可以包括连接到车轮50的转向齿条52、线控转向系统38、方向盘36和转矩施加器48。

转向齿条52连接到线控转向系统38，并且转向齿条52连接到车轮50。转向齿条52可以经由例如机电致动器(未示出)连接到线控转向系统38，机电致动器将电信号转换成转向齿条52的机械运动。转向齿条52的位置决定了车轮50的转向。如图2所示，车轮50具有转向角即车轮50相对于车辆30的其余部分转动的角度。转向角可以相对于车辆的前进方向进行测量。例如，当车轮50向前直行时，转向角为零；当车轮50向右转时，转向角为正值；并且当车轮50向左转时，转向角为负值。

线控转向系统38可以如上所述连接到转向齿条52并连接到方向盘36。线控转向系统38可以包括线束和与转向齿条52和方向盘36进行通信的ECU(未示出)。换句话说，方向盘36和转向齿条52之间没有机械连接，只有电连接或电子连接。

方向盘36可以可旋转地连接到面向用于人类驾驶员的座椅的仪表板(未示出)。如图3所示，方向盘36具有方向盘转角θ。方向盘转角θ可以相对于参考角度来测量，例如当方向盘36居中时。例如，当方向盘36居中时，方向盘转角θ为零；当方向盘36向右旋转时，方向盘转角θ具有正值；并且当方向盘36向左旋转时，方向盘转角θ具有负值。线控转向系统38可以经由例如霍尔效应传感器、旋转编码器等的位置传感器(未示出)来检测方向盘转角θ。

转矩施加器48与计算机32通信并且例如经由转向柱(未示出)连接到方向盘36。转矩施加器48可以将转矩T施加到方向盘36，引起或阻止方向盘36的旋转。由转矩施加器48施加的转矩T是可变的，并且计算机32可以指示转矩施加器48将特定水平的转矩T施加到方向盘36。转矩施加器48可以是例如电动马达。

继续参考图1，车辆30可以包括传感器46。传感器46可以检测车辆30的内部状态，例如车轮转速、车轮方向以及发动机和变速器变量。传感器46可以检测车辆30的位置或方向，例如全球定位系统(GPS)传感器；诸如压电或微机电系统(MEMS)的加速度计；诸如速率陀螺仪、环形激光陀螺仪或光纤陀螺仪的陀螺仪；惯性测量单元(IMU)；以及磁力计。传感器46可以检测外部世界；例如，传感器46可以包括雷达传感器、扫描激光测距仪、光检测和测距(LIDAR)设备以及诸如摄像机的图像处理传感器中的一个或多个。传感器46可以包括通信设备，例如车辆到基础设施(V2I)或车辆到车辆(V2V)设备。

图4是示出用于控制车辆30的方向盘36的示例性过程400的过程流程图。计算机32可以编程有过程400的步骤。过程400可以被用来向人类驾驶员提供反馈。当车辆30完全自主操作时，或者当车辆30半自主操作时，计算机32可以使用过程400。

过程400在框405中开始，其中计算机32设置针对预设的未来时间的转向角例如，计算机32可以将指定的未来时间的转向角提供为通常用于车辆30的自主或半自主操作的编程的输出。预设的未来时间可以是从当前时间t₀开始的预定时间Δt，即t₀+Δt，例如未来两秒。预设的未来时间可被选择为足够短，使得方向盘36的旋转(将在下文中关于框425进行描述)直观地与将由人类驾驶员做出的车辆30的转向角的变化相关联。另外地或替代地，预设的未来时间可以由系统设计者选择为足够长，使得人类驾驶员在车辆30的转向角改变之前可能有时间对方向盘36的旋转做出反应。

接下来，在框410中，计算机32例如从一个或多个传感器46或里程表接收车辆速度。

接下来，在框415中，计算机32识别车辆30正在行驶的道路类型。计算机32可以使用来自传感器46的诸如GPS数据的位置数据与地图数据组合以识别车辆30当前所在的道路。计算机32可以使用地图数据来对道路进行分类。可能的道路类型包括受控进出的公路，例如州际公路、高速公路、收费公路等；和不受控进出的道路，如县道、地方道路等。出于本公开目的的受控进出的公路是指设计用于连续(不停止、无交通阻塞)交通流并因此不具有停车灯或停车标志的公路。例如，受控进出的公路只能通过入口和出口匝道进出，该匝道允许车辆合并到公路上和/或离开而在匝道上之前不停止或大幅减速。相比之下，不受控进出的道路设计用于交通走走停停，并且可以通过车辆驶上或驶离道路来进出(可能是从停靠处)。不受控进出的道路可以有停车灯和/或停车标志。

接下来，在框420中，计算机32计算确定的比率R。确定的比例R接下来在框425中被用作方向盘转角θ与在预设的未来时间的转向角的比率，例如确定的比率R至少基于车辆速度而变化，并且还可以基于道路类型而变化，即R(v，h)，其中v是当前车辆速度，并且h是当前道路类型。例如，确定的比率R在第一车辆速度时可以比在第二较慢的车辆速度时更高。更具体地说，确定的比率R可以随着车辆速度的增加而增加，并且可以随着车辆速度的增加而单调增加，即不减小。对于受控进出的公路，确定的比率R可能比对于不受控进出的道路的更高。更具体地说，在给定的速度下，对于受控进出的公路，确定的比率R可能比对于不受控进出的道路的更高。

接下来，在框425中，计算机32基于预设的未来时刻的转向角和确定的比率R，将方向盘36旋转到方向盘转角θ。具体地，方向盘36被旋转到等于在预设的未来时间的转向角乘以确定的比率R所得到的方向盘转角θ，

接下来，在框430中，计算机32通过转动车轮50来改变在预设的未来时间t₀+Δt的车辆30的转向角

接下来，在判定框435中，计算机32确定车辆30是否已经到达其目的地或已经被从完全自主模式或半自主模式切换到非自主模式，换句话说，计算机32确定意味着计算机32不应该再执行过程400的情况是否已经发生。如果车辆30还没有到达其目的地等，则过程400返回到框405以再次开始；也就是说，过程400在车辆30自主地或半自主地操作的同时连续地继续。如果车辆30已经到达其目的地等，则过程400结束。

通常，描述的计算系统和/或设备可以采用任意数量的计算机操作系统，包括但决不限于各种版本和/或各种变体的福特同步(Ford)操作系统、AppLink/SmartDevice Link中间件、微软操作系统、微软操作系统、Unix操作系统(例如由加利福尼亚州的红木海岸甲骨文公司发行的操作系统)、由纽约阿蒙克IBM发行的AIX UNIX系统、Linux操作系统、由加利福尼亚州的苹果公司发行的Mac OS X以及iOS操作系统、由加拿大滑铁卢RIM公司发行的黑莓OS以及由谷歌公司开放手机联盟开发的Android操作系统或由QNX软件系统提供的用于信息娱乐系统的平台。计算设备的示例包括但不限于车载计算机、计算机工作站、服务器、桌面、笔记本电脑、便携式电脑或掌上电脑或一些其他的计算系统和/或设备。

计算设备通常包括计算机可执行指令，其中该指令可以由一个或多个例如上述类型的计算设备执行。计算机可执行指令可以由计算机程序编译或解释，计算机程序采用多种编程语言和/或技术创建，这些编程语言和/或技术包括但并不限于单独地或组合的JavaTM、C、C++、Matlab、Simulink、Stateflow、Visual Basic、Java Script、Perl、HTML等。这些应用程序中的一些应用程序可以在诸如Java虚拟机、Dalvik虚拟机等的虚拟机上编译和执行。通常，处理器(例如微处理器)例如从存储器、计算机可读介质等接收指令，并且执行这些指令，由此完成一个或多个程序，包括这里所描述的一个或多个程序。这样的指令或其他数据可以采用各种计算机可读介质存储和传输。计算设备中的文件通常是存储在计算机可读介质上的数据的集合，诸如存储介质、随机存取存储器等。

计算机可读介质(也简称为处理器可读介质)包括任意非暂时性(例如有形的)的参与提供数据(例如指令)的介质，该数据可以由计算机(例如计算机处理器)读取。这样的介质可以采用多种形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘或其他永久性存储器。易失性介质可以包括例如典型地构成主存储器的动态随机存取存储器(DRAM)。这样的指令可以通过一种或多种传输介质传输，包括同轴线缆、铜线和光纤，包括包含耦接于ECU的处理器的系统总线的线缆。计算机可读介质的常规形式包括，如软盘、柔性盘、硬盘、磁盘、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质、穿孔卡片、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、RAM(随机存取存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、FLASHEEPROM(闪速电可擦除可编程只读存储器)、任何其他存储器芯片或盒，或者任何其他计算机可读取的介质。

数据库、数据仓库或本文所描述的其他数据存储可以包括用于存储、访问和检索各种数据的各种机构，该数据包括分层数据库、系统文件的文件组、具有专有格式应用程序的应用数据库、关系数据库管理系统(RDBMS)等。每一个这样的数据库存储通常包括在采用了例如上述之一的计算机操作系统的计算设备内，并且通过网络以任意一种或多种方式被访问。文件系统可以从计算机操作系统访问，并且包括以多种形式存储的文件。除了用于创建、存储、编辑、执行存储程序的语言，RDBMS通常采用结构化查询语言(SQL)，例如前面所述的过程化SQL(PL/SQL)语言。

在一些示例中，系统元件是在一个或多个计算设备(例如服务器、私人电脑等)上实施的计算机可读指令(例如软件)，该指令存储在与此相关(例如盘、存储器等)的计算机可读介质上。计算机程序产品可以包括这样存储于计算机可读介质用于实施上述功能的指令。

在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。此外，这些元件中的一些或全部可以被改变。关于这里描述的介质、过程、系统、方法、启发式等，应理解的是虽然这样的过程等的步骤描述为按照一定的顺序排列发生，但这样的过程可以采用以这里描述的顺序之外的顺序完成的描述的步骤实施操作。进一步应该理解的是，某些步骤可以同时执行，可以添加其他步骤，或者可以省略这里所述的某些步骤。换言之，这里的过程的描述提供用于说明某些实施例的目的，并且不应该以任何方式解释为限制要求保护的发明。

相应地，应理解的是上面的描述的目的是说明而不是限制。在阅读上面的描述时，除了提供的示例外许多实施例和应用对于本领域技术人员都是显而易见的。本发明的范围应参照所附权利要求以及与权利要求所要求的权利等效的全部范围而确定，而不是参照上面的说明而确定。可以预期的是这里所讨论的技术将出现进一步的发展，并且所公开的系统和方法将可以结合到这样的进一步的实施例中。总之，应理解的是本发明能够进行修正和变化，并且仅由所附权利要求来限定。

权利要求中使用的所有术语旨在被赋予本领域技术人员所理解的其宽泛和普通的含义，除非在此做出明确相反的指示。特别地，单数冠词“一”、“该”、“所述”等的使用应该理解为表述一个或多个所示元件，除非作出了与此相反的明确限制。

已经以说明性方式描述了本公开内容，并且应该理解的是，已经使用的术语旨在是描述性文字的性质而不是限制性的。鉴于上述教导，本公开的许多修改和变化是可能的，并且本公开可以以与具体描述不同的方式实施。

Claims

1.一种计算机，所述计算机被编程为：

改变车辆的转向角；以及

基于预设的将来时间的所述转向角以及方向盘转角与所述转向角的确定的比率将方向盘转动到所述方向盘转角；

其中所述确定的比率至少基于车辆速度而变化。

2.根据权利要求1所述的计算机，其中所述确定的比率在第一车辆速度时比在第二车辆速度时更高，所述第一车辆速度比所述第二车辆速度更快。

3.根据权利要求1所述的计算机，其中所述确定的比率随着所述车辆速度增加而增加。

4.根据权利要求3所述的计算机，其中所述确定的比率随着所述车辆速度增加而单调增加。

5.根据权利要求1所述的计算机，其中所述确定的比率是基于道路类型。

6.根据权利要求5所述的计算机，其中所述道路类型是受控进出的公路和不受控进出的道路之一。

7.根据权利要求6所述的计算机，其中对于所述受控进出的公路的所述确定的比率高于对于所述不受控进出的道路的所述确定的比率。

8.一种方法，包括：

改变车辆的转向角；以及

其中所述确定的比率至少基于车辆速度而变化。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述确定的比率在第一车辆速度时比在第二车辆速度时更高，所述第一车辆速度比所述第二车辆速度更快。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述确定的比率随着所述车辆速度增加而增加。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述确定的比率随着所述车辆速度增加而单调增加。

12.根据权利要求8所述的方法，其中所述确定的比率是基于道路类型。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述道路类型是受控进出的公路和不受控进出的道路之一。

14.根据权利要求13所述的方法，其中对于所述受控进出的公路的所述确定的比率高于对于所述不受控进出的道路的所述确定的比率。

15.一种转向系统，包括：

具有方向盘转角的方向盘；

连接到所述方向盘的线控转向系统；以及

计算机，所述计算机与所述线控转向系统通信并且被编程为改变转向角，并且基于预设的未来时间的所述转向角和所述方向盘转角与所述转向角的确定的比率来旋转所述方向盘，所述确定的比率基于车辆速度。

16.根据权利要求15所述的转向系统，还包括连接到所述线控转向系统的转向齿条，所述转向齿条能够连接到具有所述转向角的车轮。

17.根据权利要求15所述的转向系统，其中所述确定的比率随着所述车辆速度增加而增加。

18.根据权利要求17所述的转向系统，其中所述确定的比率随着所述车辆速度增加而单调增加。

19.根据权利要求15所述的转向系统，其中所述确定的比率是基于道路类型。

20.根据权利要求19所述的转向系统，其中对于受控进出公路的道路类型的所述确定的比率高于对于不受控进出道路的道路类型的所述确定的比率。