CN111801268A - 自主前轮转向的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种控制车辆中的自主转向程序的系统，包括被配置为激活用于操作自主转向程序的模式的计算机。该计算机从至少一个车辆传感器接收转向参数，并从驾驶员接收自主转向选择输入。自主转向程序将与第一选择模式相对应的第一解除联接指令生成到转向控制组件，以将方向盘上的扭矩和车辆的车轮上解除联接。在第一模式中，自主转向程序进入连续的就绪状态，在另一模式中，该就绪状态持续不连续的时间段，该不连续的时间段由驾驶员在方向盘上的手确定。

Description

自主前轮转向的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请是2018年1月4日提交的临时专利申请62/613,649的非临时申请并要求其优先权。

背景技术

图1-图4示出了用于为车辆的驾驶员提供便利的特征的技术的已知实施方式，这些便利的特征使车辆更安全地操作并且更容易由驾驶员或安装在车辆中的计算机控制系统进行实时调节。例如，图1示出了车辆的内部座舱(10)，并且示出了标准部件(例如被定位成容纳控制方向盘(20)的驾驶员的座椅以及车辆座舱(10)中的许多配件)的常见布置。如图1和图2进一步所示，当代车辆中的转向系统包括传感器(40)，该传感器(40)通过电子数据通信(29)将控制参数传输到安装在车辆中的计算机(60)。在图2的现有技术实施例中，方向盘(20)在方向盘轮缘的表面配备了手部传感器(40)，并且在方向盘的其他区域(24)(例如沿着轮毂(22))还提供了用于集成数据输入传感器和/或输出传感器的区域以使驾驶体验自动化。辅助控制按钮(23)也可以方便地位于方向盘中，以允许驾驶员在驾驶和操纵方向盘(20)来控制行驶中的车辆时有更多选择来利用各种车辆配件系统。所有按钮(23)和传感器(40)已经被实施为传输关于驾驶员的状态和喜好以及车辆内部或周围的状况的多种数据。例如，传感器(40)可以用于手握方向盘(hands-on-wheel,“HOW”)技术，该技术能够感测驾驶员是否正在触摸或抓握方向盘(20)。图1和图2的示例显示了不连续放置地手部抓握传感器(40)，它们可以检测有关驾驶员手部位置的信息和/或允许车辆中的自动化的计算机系统追踪驾驶员的生物统计数据。然而，如图3所示，方向盘(20)可以利用方向盘(20)的整个表面来提供用于驾驶员数据收集、驾驶员数据输入或驾驶员数据输出的区域。例如，在图3的一个现有技术实施例中，方向盘(20)包括一种感测电容/电荷以确定驾驶员已接触车轮的位置和时间的装置。方向盘(20)的某些区域可以划分为分段(102、103、104、105)，这些分段利用安装在车辆中的计算机(60)来检测驾驶员各自的手部位置，以进行手握方向盘数据处理操作。但是，如关于图1所述的，转向系统的其他部分也可以用于利用沿着方向盘边框(24)或轮毂(22)或者方向盘边框(24)或轮毂(22)内部适当放置的电子器件来使得驾驶员在车辆座舱和车辆操作中的体验自动化。

转向系统领域中已知的其他机构包括利用上述方向盘分段(102、103、104、105)提供数据收集区域，以便在监控手握方向盘状态的操作，同时利用当代方向盘配件(例如安装在方向盘内的方向盘加热器)的优势。图4示出了方向盘系统计算机(60)可以包括到处理器和/或控制器(112、116)的数据连接，这些数据连接实现了手握方向盘感应功能以及方向盘加热器操作。因此，计算机(60)和相关的电子器件利用被编程为相互兼容的软件来控制加热、手握方向盘数据收集以及构成智能转向系统一部分的整体电源(118)。这是将各种转向系统技术相结合以向车辆中的方向盘和其他计算机系统适当输出的另一个示例。

最近取得成果的创新领域之一是自主车辆控制，即自主驾驶车辆。研究人员一直在开发允许车辆中的智能系统以最少或优选为零的人员参与来驾驶车辆的机械结构、计算机控制系统和数据收集技术。这项研究的一个主题涉及车辆工程技术可以利用当前被使用的用于自适应前转向(AFS)的系统并将这种转向技术提升到新的自主驾驶水平的方式。在当今的车辆中，自适应前转向(AFS)包括许多与车辆的转向组件相连或定位在其中的机构和编程计算机，以用于控制直接影响车轮方向的转向柱和轴。

传统上，AFS在转向系统中提供了某些好处，例如但不限于在驾驶员主动使车辆朝一个方向或另一个方向转向时，向转向轴增加或减去转向叠加角度。驾驶员的转向输入加上(或减去)电机的叠加角度等于总转向角度。基于车速和其他变量，车轮实际转弯的总角度可以大于或小于驾驶员转向输入。叠加角度的使用为制造动力转向系统提供了更多选择，这些动力转向系统需要驾驶员付出更少的精力，并且在控制车辆的从动车轮方面需要更多的自动化。

但是，值得注意的是，当代的电动助力转向(EPAS)必须克服发展中某些障碍。例如，如果在驾驶员未握住方向盘的情况下施加了来自电动助力转向电机的叠加角度，则方向盘将绕着转向轴旋转，从而在驾驶员更倾向于手动控制轮胎的旋转时会阻止将来使用方向盘。换句话说，当转向系统利用自适应前轮转向以使动力转向电机对于驾驶员方向盘扭矩输入增加和减小叠加角度时，系统的趋势是组合扭矩输出以返回到转向车轮，而不是朝转向变速箱和车轮行驶预期的路径。为了防止方向盘上的这种反向扭矩，利用手动转向的驾驶员通常握住方向盘，从而旨在用于控制转向的输入力实际上会影响车轮，并且不会返回到方向盘。就这一点而言，在手动转向过程中，将方向盘保持为固定装置来偏转或抵抗反扭矩的唯一机构是驾驶员握住方向盘的手。

利用当今已知的自适应前转向(AFS)系统进行全自主驾驶的工程系统，必须考虑一些方法，以消除驾驶员在握住方向盘时的作用，以解决方向盘上的反向扭矩。按照今天的标准，要在自适应驾驶中使用自适应前转向系统，驾驶员将必须在自主模式下握住方向盘并抵消转向扭矩。这将导致驾驶员疲劳和车辆不稳定。

在转向组件和相关系统的领域中，需要一种机构和相关的控制电子设备，该机构和相关控制电子设备可以允许驾驶员将驾驶员的手从方向盘上完全移开，允许计算机控制车辆的转向，并且仍然考虑到任何反向扭矩，当车轮需要转动时，该反向扭矩往往会返回到转向柱和轴上。

发明内容

在一个实施例中，本公开描述了一种利用处理器控制车辆中的自主转向程序的系统，该处理器被配置为激活和/或停用用于操作自主转向程序的多个可用模式中的每一个。处理器连接到存储计算机可读命令的计算机化存储器，该计算机可读命令进一步配置处理器以结合转向组件执行计算机化步骤。该计算机从与处理器进行数据通信的至少一个车辆传感器接收转向参数，并且还接收来自操作者的自主转向选择输入，其中该自主转向选择输入被传输至处理器以从多个可用模式中激活第一选择模式。该计算机还从方向盘传感器接收指示操作者是否与车辆的方向盘接触的手握方向盘输入。自主转向程序生成与第一选择模式相对应的第一解除联接指令，手握方向盘输出指示操作者与方向盘接触，并且转向参数在定义的范围内。然后，自主转向程序将第一解除联接指令传递给转向控制组件，以解除联接车辆的方向盘上和车轮上的扭矩。

在另一实施例中，车辆中的自主转向系统包括处理器，该处理器连接到计算机化的存储器并且被配置为执行存储在存储器中的计算机执行指令。处理器被配置成从与处理器进行数据通信的至少一个车辆传感器接收转向参数。自主转向程序接收来自操作者的自主转向选择输入，其中自主转向选择输入指示是将自主转向程序置于“开启”(“on”)模式、“关闭”(“off”)模式还是“停车”(“parking”)模式。该计算机被配置为从方向盘传感器接收指示操作者是否与车辆的方向盘接触的手握方向盘输入。处理器还被配置为响应于指示选择“开启”(“on”)模式的自主转向选择输入、指示操作者与方向盘接触的手握方向盘输出以及转向参数分别位于定义的范围以内而产生第一解除联接指令。该计算机将第一解除联接指令传送至转向控制组件，该转向控制组件被配置为使车辆上的方向盘与车轮解除联接，并利用自主转向程序控制车辆转向。

本公开的第三实施例包括一种系统，该系统利用连接至计算机化存储器并被配置为执行存储在存储器中的计算机执行指令的处理器来实现车辆中的自主转向，该处理器被配置为接收来自操作者的自主转向选择输入，其中，自主转向选择输入指示自主转向程序将被置于“开启”(“on”)模式、“关闭”(“off”)模式还是“停车”(“parking”)模式。处理器还从与处理器进行数据通信的至少一个车辆传感器接收转向参数，并接收来自方向盘传感器的指示操作者是否与车辆的方向盘接触的手握方向盘输出。利用该数据，处理器响应于指示选择“停车”(“parking”)模式的自主转向选择输入、指示操作者与方向盘接触的手握方向盘输出以及转向参数在定义的范围内而生成第一解除联接指令。处理器将第一解除联接指令传送给转向控制组件，以使车辆上的方向盘与车辆上的车轮解除联接，并利用自主转向程序控制车辆转向。

附图说明

本发明的特征、方面和优点将从以下描述和附图中示出的所附示例性实施例而变得显而易见，所述实施例和附图在下文简要描述。

图1是在车辆座舱内包括方向盘传感器和转向计算机的转向组件的现有技术的立体图。

图2是图1中所示的方向盘和相关联的转向计算机的现有技术的正视图。

图3是方向盘的现有技术的正视图，该方向盘包括全部围绕方向盘主体的图1的传感器。

图4是方向盘的现有技术示意图，该方向盘包括手握方向盘传感器和用于方向盘的动力加热的适当电子器件。

图5是包括本公开的自主驾驶部件和相关联的控制系统的转向组件的立体图。

图6是如在图5中所述的转向组件的侧视图，该转向组件与本公开中所述的实现自主驾驶的计算机转向控制系统进行通信。

图7A是如本文所述的转向组件的侧视图，该转向组件利用如下文所述的螺线管以在自主驾驶中进行方向盘控制。

图7B是如本文所述的转向组件的侧视图，该转向组件利用如下文所述的螺线管致动齿组件以在自主驾驶中进行方向盘控制。

图7C是如本文所述的转向组件的侧视图，该转向组件利用如下文所述的螺线管致动图7B的齿组件至锁定位置，以在自主驾驶中进行方向盘控制。

图7D是如本文所述的转向组件的侧视图，该转向组件利用如下文所述的螺线管致动齿和弹簧组件，以在自主驾驶中进行方向盘控制。

图7E是如本文所述的转向组件的侧视图，该转向组件利用如下文所述的螺线管致动齿和弹簧组件，以在自主驾驶中进行方向盘控制。

图8A是如本文所述的转向组件的侧视图，该转向组件利用如下文所述的螺线管控制离合器组件，以在自主驾驶中进行方向盘控制。

图8B是如本文所述的转向组件的侧视图，该转向组件利用如下文所述的螺线管致动齿组件来控制离合器组件，以在自主驾驶中进行方向盘控制。

图8C是如本文所述的转向组件的侧视图，该转向组件利用如下文所述的螺线管致动图8B的齿组件到锁定位置来控制离合器组件，以在自主驾驶中进行方向盘控制。

图8D是如本文所述的转向组件的侧视图，该转向组件利用如下文所述的螺线管致动齿和弹簧组件来控制离合器组件，以在自主驾驶中进行方向盘控制。

图8E是如本文所述的转向组件的侧视图，该转向组件利用如下文所述的螺线管致动齿和弹簧组件来控制离合器组件，以在自主驾驶中进行方向盘控制。

图9是以流程图形式实现图5至图8的实施例以用于在一种选定模式下进行自主驾驶的软件逻辑的示意图。

图10是以流程图形式实现图5至图8的实施例以用于在第二选定模式下进行自主驾驶的软件逻辑的示意图。

图11是转向组件的侧视图，该转向组件与计算机转向控制系统通信，该计算机控制转向系统如本公开中所阐述地利用固定转向驱动轴实现自主驾驶。

具体实施方式

本公开中的术语旨在具有如上下文所使用的最广泛的普通含义。也就是说，本公开描述了在车辆中实现自主转向同时提供适当的方向盘定位的系统、方法和装置。本公开的计算机化方面为驾驶员提供了具有可选模式的转向功能，这些可选模式在驾驶员的选择下发挥作用。如本文中所使用的，特定模式被选择用于自主转向并且保持激活的时间段被称为该自主转向模式的“驾驶周期”。因此，在一个非限制性示例中，驾驶周期从用户选择模式开始，并且当计算机中的上位机控制系统结束所选模式或当驾驶员通过在车辆的模式面板上选择不同的选项而结束所选模式时，驾驶周期结束。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和解释性的。

在一个实施例中，用于控制车辆中的自主转向程序的系统包括图5所示的通用转向组件(195)，其中方向盘(200)通过轴(205、215)和变速箱(225)的系统被最终连接到拉杆(197)，方向盘通过该系统调节车轮位置和行驶方向。在传统的转向操作中，驾驶员向方向盘(200)施加扭矩，并且该扭矩通过连接到方向盘(200)的外轴(205)传递到内轴(215)，该内轴(215)在一端连接至外轴(205)，并在另一端连接至变速箱(225)。将内轴(215)连接至变速箱(225)的万向节(277)的系统将施加的转向力引导至控制车轮方向的变速箱(225)。如上所述，具有至少一个处理器(216)和相关联的计算机存储器(218)的计算机(201)可以被包括在车辆中并且与转向组件(195)内的众多传感器和/或机械部件进行电子数据通信。在本公开的各种实施例中，计算机(201)可以是在整个车辆和车辆配件控制系统中具有数据处理和双向电信能力的若干“智能”设备之一。其他实施例可以实现具有特定计算机程序的计算机(201)，这些计算机程序执行更具体地针对车辆中的转向操作的计算机化软件、逻辑和指令。例如，车辆中的转向操作可以包括手握方向盘(HOW)控制器(212)，其被编程为提供对与方向盘(200)的设置有手握方向盘传感器(213)的具体区域接触的驾驶员的手的自动感测和识别。因此，手握方向盘数据(280A)可用于计算机(201)以进行用于车辆控制的逻辑数据操作。

图5的转向组件还可以在电子助力转向(EPAS)和自适应前转向(AFS)方面包括更新的发展，以实现自动转向的精确度，从而实现自主驾驶车辆的自主驾驶操作。就这一点而言，图5示出了本文的计算机控制系统利用计算机处理器(216)和存储器(218)或其倍数将转向数据同化(assimilate)到车辆控制系统中，以获得更精确的实时自主转向方法。如图所示，转向环境中的EPAS、AFS和HOW操作包含用于动力转向操作和上述转向角度校正的至少一个动力转向电机(245A、245B)。图5示出了动力转向电机(245A)可以定位在变速箱(225)附近，或者在其他实施例中，动力转向电机(245B)可以更靠近方向盘(200)(即，在转向柱中)。不应将图5中的任何内容视为对动力转向电机的电机位置的限制，该动力转向电机可以位于图示的电机位置(245A)和(245B)之间的任何点或车辆中的其他位置。总体上，计算机(201)被示为接收来自转向系统(195)的传感器部件(即分别为手握方向盘传感器(213/280A)、扭矩传感器(235/280B)和模式选择面板(247/280G))的输入(280A、280B、280G)。安装在车辆控制网络中的各个控制器和处理器也将输出直接引导至转向部件(即，将输出(280C)引导至动力转向电机(245))。

以上面提到的转向组件(195)为背景，本公开的实施例通过利用自适应前转向(AFS)、手握方向盘(HOW)检测和电动助力转向(EPAS)来协调计算机化的转向功能以提高自主转向的准确性和可靠性。如上所述，要解决的一个问题(而不以任何方式限制本公开)是在由计算机(201)而不是放在方向盘上的驾驶员的手控制的自主转向期间的方向盘对准。为了允许扭矩输入到变速箱(225)并最终输入到车轮，同时控制方向盘(200)的位置和对准的目标，本文所述系统的实施例提供了一种转向控制组件(210)，其由图5中的支架(210)共同表示的几个部件示出。

转向控制组件(210)将转向组件(195)的轴(205、215)相互连接，使其适应驾驶员使用和保持方向盘(200)进行的手动转向控制以及通过计算机控制系统(201)进行的自主转向。实际上，转向控制组件(210)将方向盘(200)与整个转向操作机械式连接和断开，并确保方向盘的位置被保持在适当的功能位置和围绕轴的角定向(244)，而驾驶员不用握住方向盘，可以在自主转向结束后安全使用。如下所述，在一个实施例中，转向控制组件(210)包括制动器，并且当来自计算机(201)的解除联接指令(280E)引起外轴(205)与内轴(215)分离时，制动器(275)使方向盘保持静止，以便计算机而不是方向盘来控制内轴(215)上的转向扭矩。当然，当将外轴(205)和内轴(215)联接时，驾驶员可以像在普通车辆中一样利用手动转向。然而，即使是手动转向也仍然受益于本文讨论的自适应前转向。

在一个实施例中，转向控制组件(210)包括离合器组件(250、255)，该离合器组件附接和释放连接至车轮的内轴(215)和直接连接至方向盘(200)的外轴(205)。因此，转向控制组件(210)使用具有从动盘(250)和压盘(255)的离合器组件(250、255)。压盘(255)连接至转向组件的外轴(205)，该外轴(205)又直接连接至方向盘(200)和/或方向盘电机(245A、245B)。换句话说，方向盘(200)和外轴(205)在手动转向操作期间作为一个单元运动，以作为从驾驶员到压盘(255)的扭矩输入装置操作。如上所述，该扭矩输入可以与调节叠加角度的方向盘电机(245)一起被提供给压盘(255)。从动盘(250)与连接到变速箱(225)的内轴(215)联接并配置成使内轴(215)旋转。在手动转向期间，从动盘将来自方向盘(200)和/或方向盘电机(245)的扭矩(出于叠加角度的目的)引导至变速箱(225)，最终引导至车轮。在手动转向过程中，弹簧组件将压盘(255)和从动盘(250)摩擦接触，作为每个盘(250、255)的默认位置(即，弹簧被偏置以使压盘和从动盘直接接触)。当驾驶员在车辆操作过程中转动方向盘(200)时，外轴(205)相应地连同转向控制组件(210)的压盘(255)一起转动，压盘(255)在该示例中为离合器组件(250、255)。由于盘(250、255)之间的摩擦连接，来自方向盘(200)的扭矩既沿外轴(205)又沿内轴(215)被向下引导向至变速箱(225)，如上所述，输入扭矩可以通过动力转向电机(245)来改变，动力转向电机(245)从与扭矩传感器(235)和系统中的其他传感器通信的自适应前转向控制器(214)接收命令。

图5的组件(195)还适应于使用转向控制组件(210)，通过分离压盘(255)和从动盘(250)，使得计算机(201)控制内轴(215)的运动及其上的扭矩，连同在自适应前转向控制器(214)的控制下的方向盘电机(245)，从而能够实现自主转向。换句话说，当驾驶员将自主驾驶选择为车辆操作模式时，离合器组件(250、255)可从压盘(255)与从动盘(250)之间的摩擦接触中被释放。因此，在自主转向期间，离合器组件(250，255)释放这些盘，使得方向盘(200)与变速箱(225)和车轮断开。计算机控制方向盘电机(245)，其组合驱动车辆并通过由处理器(216)执行的计算机化指令结合自主转向程序而提供转向扭矩。

计算机(201)被公开为接收多个输入(即，来自车辆座舱中的用户选择面板的手握方向盘数据(280A)、扭矩传感器数据(280B)、动力转向电机数据(280C)和模式选择数据(280G))。用户的模式选择数据可以是用户从车辆座舱内的开关和按钮的面板(247)手动选择选项的结果，或者车辆可以适应来自驾驶员的语音数据命令和其他形式的增强数据输入。必要时，这些输入还允许自主转向，计算机(201)通过该自主转向控制内轴(215)，从而通过动力转向电机(245)将受控扭矩引导至变速箱(225)。自主转向还可以与GPS系统配对，该GPS系统通过根据数字地图服务、到优选地点的预编程路线或甚至是通过其电信能力而在计算机(201)处接收的实时方向来使车辆转向，从而实现多种格式的自主驾驶车辆功能。

值得注意的是，在上面被描述为离合器组件(250、255)的转向控制组件(210)还包括在自主转向和自主驾驶车辆模式期间将方向盘固定在已知位置的机械部件。用于在自主驾驶过程中固定方向盘(200)的机构，例如离合器制动器(275)，可代替驾驶员的手握住方向盘(200)并针对向车轮表现出的反向扭矩提供反作用力响应，其中，当车轮通过拉杆(197)转动时，来自变速箱和车轮的反向扭矩向上传递至(traverses up to)方向盘(200)。在图5的示例中，在自主驾驶期间，由于计算机(201)及其预编程指令结合方向盘电机(245)使车辆转向，因此离合器的压盘(255)和从动盘(250)彼此不接触。一种在自主驾驶过程中用于固定方向盘位置的机构(不限制本文公开)包括结合到转向控制组件(210)中的制动器组件(275)。离合器制动器(275)可以安装在离合器组件的压盘和从动盘之间，使得在自主驾驶期间当压盘和离合器盘脱离摩擦接触时，离合器盘(275)接合压盘，并因此接合外轴(205)以将方向盘(200)固定在优选的位置。该优选位置可以是旨在模拟直线向前驱动车辆的居中的角位置(244)。该居中位置可以由驾驶员在选择自主转向模式之前实现，或者可以在分离离合器组件盘(250、255)之前由计算机(201)自动选择和实现(即，通过控制方向盘电机(245))。当计算机(201)使车辆转向时，离合器制动器固定方向盘(200)位置的使用可以通过离合器致动组件来实现，无论是机械式、液压式或气动驱动式的。

实施为离合器(250、255)和/或离合器制动器(275)组件的上述转向控制组件(210)代表可以实施转向控制组件(210)以提供单独控制车轮的车辆转向和车辆座舱中的方向盘控制的方式的示例。尽管图5的示例示出了离合器和离合器制动器组件，但是本公开涵盖了这样的实施例，即方向盘(200)仅连接至制动器组件和/或仅连接至离合器或其他接合组件。在所有配置中，这些结构在存在潜在的反向扭矩问题时控制方向盘位置，这些问题可能引起方向盘位置在自主驾驶和/或利用叠加角度进行自主转向校正过程中未对准。

在按照这些方法的另一实施例中，方向盘(200)经由固定的外轴(205)(即，没有转向控制组件(210))保持联接至驱动轴组件。相反，在一个非限制性示例中，外轴(205)始终保持联接到方向盘和内轴(215)上。在该实施例中，外轴(205)可选地固定在单个固定位置，当自主转向被接合并且内轴(215)将扭矩引导至变速箱(225)时，外轴(205)将方向盘保持在相应的固定位置。因此，在该示例性实施例中，转向操作由电机(245)经由驱动轴的至少一部分来控制，同时保持用于方向盘旋转的已知的对准的原始位置。通过将外轴(205)和内轴(215)，以及外轴(205)和方向盘(200)，利用可电控接头组件(239A、239B)连接，上述计算机操作(示意性表示为控制系统(236))可选地固定和释放外轴(205)和/或方向盘(200)，以实现不需要将方向盘与驱动轴分离的实施例。当检测到驾驶员的手在方向盘上时，电机(245)将做出反应，以允许驾驶员正常转向(即，将外轴(205)从固定位置释放)。当驾驶员的手松开以启动自主转向时，转向控制系统(236)的计算机化方法将调节可电控接头组件(239A、239B)，以确保向变速箱(225)引导适当的扭矩并利用固定外轴(205)将方向盘保持在固定位置，或者允许电机每转一圈都自主旋转方向盘。对于电机(245)每转一圈使方向盘旋转的情况，将方向盘连接到驱动轴(或外轴(205))的可电控接头(239A、239B)可以受到由控制系统(236)实施的计算机控制算法支配，当驾驶员选择重新采用手动转向时，该控制系统视情况将方向盘重新居中。

图6示出了方向盘(200)和轴组件(205、215)的靠近的视图，该轴组件(205、215)采用具有离合器制动器(275)的上述离合器(250、255)形式的转向控制组件(210)。转向控制组件(210)可以通过标准凸缘(295)固定在整个转向组件中。计算机(201)被配备以控制具有控制系统(207)的外围致动系统，该控制系统使上述操作能够接合和分离离合器盘并利用制动器(275)来固定方向盘的位置。

图7包括可用作转向控制组件(210)的致动装置的装置的多个示意图，无论是实施为离合器(250、255)、单独制动器(353)还是离合器制动器(275)。图7A示出了通过计算机(201)控制的方向盘(300)，该计算机实施在其中编程的自适应前转向控制系统。在该实施例中，可以利用螺线管(375)来致动锁定机构，该锁定机构显示为锁定位置并将方向盘固定在优选位置，例如，如上所述的在自主驾驶期间从驾驶员视角来看的居中角位置(244)。图7B示出了一种概念，通过该概念，螺线管(375)致动配对齿的一侧，该配对齿被布置成当齿彼此接合时(例如，当转向控制组件(210)将方向盘(300)从车轮机械地分离时)将方向盘锁定在优选位置。在该布置中，通过将螺线管(375)构造成由计算机(201)控制以致动和退动(de-actuate)齿嵌件(352B)以使齿嵌件(352B)与接收齿(352A)通过齿界面(357)接合而实现用于配合齿(352A、352B)的锁定位置，如上所述，齿界面(357)被固定到方向盘(300)或外轴上。图7C示出了该配合齿布置可以装配在固定到方向盘或转向组件(195)中的其他固定结构的引导件(361A、361B)内，使得当螺线管由计算机(201)致动和退动时，接收齿(352A)、齿嵌件(352B)和齿界面(357)直接滑入和滑出接合。图7C还示出了引导件(361A、361B)提供了轨道，配合齿在该轨道中行进，并且在配合时在其上抵抗即使在自主驾驶操作期间也可以输入到方向盘的扭矩。

在图7D和7E中示出了对图7A-图7C的配合齿构造的进一步增强，配合齿通过该增强以更高的精度和可靠性实现了图7E的锁定布置(353)。如图7D所示，齿界面(352B)可在相对于螺线管(375)的近端上装配有枢轴点(或支点)(369)，并且在相对于螺线管(375)的端部上装配有弹簧(368)。支点(369)和弹簧(368)确保在齿界面上的少量枢转有助于配合齿避免最高点与最高点的各种碰撞，凭借这一点，齿嵌件和接收齿通过齿界面接合而不是通过齿的最高点与最高点相接而卡住，而最高点与最高点相接无法提供锁定方向盘的牢固连接。图8示出了与图7的特征相同的构思，但是在图8中，由螺线管(475)致动的配合齿(457)使上述离合器压盘(抵靠滑环(417)定位)与离合器从动盘脱离摩擦接触，同时锁定方向盘。该构造是上述离合器制动器275的替代。

上面提到的计算机(201)已经被描述为包括处理器(216)和存储器(218)，该处理器(216)和存储器(218)实施存储计算机化软件指令的非瞬时计算机可读介质，该计算机化软件指令实施如上所述的编程逻辑以利用自主转向。在一个实施例中，图5的计算机(201)和转向组件(195)被配置为执行控制车辆中的自主转向程序的系统。处理器(216)被配置为激活和/或停用多个可用模式中的每一个以用于操作自主转向程序。处理器(216)连接到存储计算机可读命令的计算机化存储器(218)，所述计算机可读命令进一步配置处理器以执行配置并启用车辆自主转向的计算机化步骤。来自驾驶员和遍及整个车辆布置的车辆传感器的大量输入在计算机(201)处被编译。车辆传感器(例如扭矩传感器(235)等)，与处理器进行数据通信，计算并发送来自至少一个车辆传感器的转向参数。转向参数包括但不限于关于车速、前轮位置、前轮旋转角度、方向盘位置、方向盘旋转角度、扭矩输入、车辆方向、安全带状态、轮胎充气和车辆悬架活动中的至少一个的数据。如图5所示，本文所述的自主转向计算机程序和系统可以用供驾驶车辆的用户选择和取消选择用于车辆的操作模式的选项来实现，车辆的操作模式包括但不限于手动转向、自主转向、高速公路/州际公路操作、地面街道操作、停车选项以及其他可行的且消费者可能需要要求制造商的预编程选项。在图5的示例中，在其公开方面是非限制性的，车辆驾驶员可以从车辆内部访问模式选择面板(247)，并且该面板可以被配置为通过触摸屏、按钮或来自驾驶员的语音命令来激活。驾驶员可用的操作模式可以在面板上以文字、图像、交互式触摸屏等示出。本文中没有任何限制可以在触摸屏上实现以向驾驶员显示操作模式的可视化指示器。例如，在模式选择面板(247)上显示的车辆操作模式可以反映出针对明显笔直且以较高速度行驶的高速公路驾驶、涉及道路中的转弯和更多弯道的地面道路驾驶或允许车辆能够安全可靠地自行停车的停车模式的自主转向选项。模式选择面板(247)还可具有用于打开和关闭自主驾驶程序的选项，其中，关闭状态指示使用方向盘(200)的车辆驾驶员进行手动转向。模式选择面板的这些模式和选项是驾驶员可用来在驾驶中使用自主转向程序和/或选择手动转向的实施方式的示例，但是没有一个限制本文讨论的公开内容。总体而言，计算机(201)被配置为与转向组件(195)和模式选择面板(247)双向电子通信。计算机(201)从驾驶员使用的模式选择面板(247)接收自主转向选择输入(280G)，并且该选择输入被发送到处理器以从多个模式中的激活第一选择模式。计算机(201)还从方向盘传感器(102、103、104、105、213)接收手握方向盘输入(280A)，手握方向盘输入(280A)指示驾驶员是否与车辆的方向盘(200)接触到足以使计算机能够可靠地考虑车辆方向盘处于手动控制的程度。根据上述的各种输入，计算机(201)实施自主转向程序，该程序生成与面板(247)所指示的第一选择模式相对应的第一解除联接指令、指示驾驶员接触方向盘(200)的手握方向盘输入(280A)以及在各自定义的范围内的转向参数。计算机(201)及其预编程的自主驾驶软件被配置为将第一解除联接指令传送至转向控制组件(210)，以解除联接施加至方向盘(200)和车辆车轮上的扭矩。在解除联接时，车辆进入自主驾驶模式，计算机(201)通过该自主驾驶模式控制转向操作。上文解除联接操作已经针对一个示例进行了描述，其中转向控制组件的联接和解除联接是通过离合器(250，255)完成的解除联接。因此，上面的机械方面的讨论是通过此处描述的由计算机实现的软件步骤来实现的。

在本文中已经将方向盘(200)与车辆的车轮解除联接解释为将外轴(205)和内轴(215)解除联接，使得施加至方向盘的扭矩不传递至与变速箱(225)连接的内轴，并且最后不传递到车轮。图9示出了如何以软件逻辑实现车辆中的自主转向操作的一个示例。此处所附的流程图的逻辑不限制本公开，并且表示可以由车辆控制系统用来实施自主驾驶的软件步骤和指令的示例。如上所述，安装在计算机(201)上的自主转向控制程序检查上述来自选择面板(247)的包括自主转向输入(500)的传感器和选择输入，针对每个参数(502)对于优选范围进行对转向参数的确认检查，并确定车辆由驾驶员操作，驾驶员的手如手握方向盘传感器(213)所指示地在方向盘(506)上。图5示出了适应本文所述的所有控制功能(280A、280B、280C、280D、280E、280F、280G)所必需的通信。

在传达第一解除联接指令之前，处理器(216)在接收到至少一个命令后，确定自主转向“未就绪状态”，该至少一个命令为自主转向程序选择输入(280G)指示“关闭”(off)模式、手握方向盘输出指示驾驶员未与方向盘接触，或者任一转向参数超出定义范围。当确定“未就绪状态”时，这些命令(280)中的任何一个都防止处理器将任何解除联接指令传达给转向控制组件(210)。图9示出了一种可用的自主转向操作，例如在高速公路行驶期间。在该示例性实施例的流程图中，当计算机(201)接收到等于“开启”(“on”)的自主转向程序模式输入(280G)时，并且在将第一解除联接指令(280E)传送至转向控制组件(210)之后，处理器(216)将存储在存储器(218)中的自主转向计算机程序置于连续自主转向就绪状态，在该状态下，由处理器(216)接收的手握方向盘信号(280A)切换解除联接指令的开和关。换句话说，当计算机接收到指示已经选择了自主转向并且车辆操作合适的适当输入时，例如对于高速公路驾驶，自主转向程序可以在高速公路的驾驶循环期间将自主转向程序保持在就绪状态。如图9的逻辑框(508)、(510)和(517)所示，当自主驾驶程序为“开启”(“on”)并且车辆满足自主驾驶的适当条件时，自主驾驶程序保持在“自主就绪”(“auto-ready”)状态直到驾驶员肯定地在逻辑框(516)处解除自主转向。在自主就绪状态(508)期间，驾驶员可以根据需要或期望来回地实现自主驾驶和手动转向，而无需系统要求驾驶员在模式选择面板(247)上重新选择另一种模式选择。但是，上面讨论的参数必须保持在适当的状态下，才能进行这种来回切换。因此，图9示出了当条件合适时，本文公开的自主转向模式实现了连续自主转向就绪状态(508)，甚至是在计算机(201)实现自主转向模式之前，只要驾驶员将手放在方向盘(510、517)上就保持该状态。只要在满足适当的先决条件的情况下保持自主就绪(508)，就可以利用自主转向，并且只要驾驶员的手如HOW传感器(102、103、104、105和213)所示地保持离开方向盘(522)的话，则计算机就可以使车辆转向。由于图9所示的自主转向就绪状态(508)的连续性质，即使当驾驶员在进行自主转向时将手放在方向盘(514)上时，计算机(201)仍保持在自主转向就绪状态(508、519)允许驾驶员在同一驾驶循环内(即，在面板(247)上的用户选择保持相同的时间段内，在这种情况下通常但不限于“开启”)再次实施自主转向。因此，连续自主转向就绪状态可以被编程为适应于在一个驾驶循环中当解除联接指令切换为“开启”时的自主转向与当解除联接指令切换为“关闭”时的手动转向之间的切换。

图10示出了自主转向程序逻辑的不同实施例。在图10中，对于等于(从模式面板(247)中选择的)“停车”(“parking”)的自主转向程序模式并且在将第一解除联接指令发送到转向控制组件(210)之后，处理器(216)在一段时间内将自主转向程序置于不连续的自主转向就绪状态(608)，该一段时间由从第一解除联接指令开始到指示驾驶员与方向盘接触的“手握方向盘”输出(610)结束的时间间隔(time lapse)确定。与图9的自主驾驶协议不同，在此停车模式下，手握方向盘传感器确定自主模式就绪状态开启并可供使用的时间段。如果驾驶员将手放在方向盘上以控制转向(614)，则手握方向盘状态(614)脱离(616)自主转向操作，并要求驾驶员从选择面板(247)上重新选择新的选项。

本文所述的自主转向程序具有许多优点，这些优点从以上讨论中显而易见。该程序可与当前制造的自适应前转向机构和软件配合使用，以在正常驾驶过程中无缝地施加和消除偏移/叠加角度，并将该功能也纳入自主转向中。此处描述的系统适用于与车辆控制程序以及其他转向附件(例如灯条)进行通信的外部视觉传感系统，并且可以将振动添加到方向盘(或任何其他位置)中，视觉、触觉和听觉上的反馈警告驾驶员接管转向。

出于本公开的目的，术语“联接”是指两个部件(电气的、机械的或磁性的)直接或间接彼此连接。这种连接本质上可以是固定的或本质上是可移动的。这种连接可以通过将两个部件(电气的或机械的)和任何另外的中间构件彼此整体定义为单个的统一体，与另一个或与两个部件或与两个部件和任何另外的构件彼此附接来实现。这种连接本质上可以是永久的，或者备选地，这种连接本质上可以是可移动的或可释放的。

已经参考示例性实施例描述了本公开，但是本领域技术人员将认识到，在不背离所公开主题的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。例如，尽管可能已经将不同的示例性实施例描述为包括提供一个或多个益处的一个或多个特征，但是可以预见的是，在所描述的示例性实施例中或其他替代实施例中，所描述的特征可以彼此互换或备选地彼此组合。因为本公开的技术相对复杂，所以并非可以预见该技术中的所有改变。参照示例性实施例描述的本公开显然是旨在尽可能地宽泛。例如，除非另外特别指出，否则列举单个特定元件的示例性实施例也包括多个这样的特定元件。

示例性实施例可以包括程序产品，该程序产品包括用于携带或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的计算机或机器可读介质。例如，传感器和加热元件可以是由计算机驱动的。在附图的方法中示出的示例性实施例可以由程序产品控制，该程序产品包括用于携带或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的计算机或机器可读介质。这样的计算机或机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用介质。举例来说，这样的计算机或机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储设备、磁盘存储设备或其他磁性存储设备，或者可以用于携带或承载机器可执行指令或数据结构形式的期望程序代码并且可以由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何其他介质。上述的组合也包括在计算机或机器可读介质的范围内。计算机或机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机执行某些功能或一组功能的指令和数据。本公开的软件实现可以利用具有基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术来完成，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。

同样重要的是要注意，在优选和其他示例性实施例中所示的系统的元件的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了一定数量的实施例，但是审阅本公开的本领域技术人员将容易理解，在实质上不背离所陈述主题的新颖教导和优点的情况下，许多修改是可能的(例如各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、方向等的变化)。例如，示出为一体形成的元件可以由多个部分构成，或者示出为由多个部分形成的元件可以一体形成，组件的操作可以相反或以其他方式改变，该系统的结构和/或构件或连接器或其他元件的长度或宽度可以改变，在元件之间提供的调节或附接位置的性质或数量可以改变。应当注意，系统的元件和/或组件可以由提供足够强度或耐久性的多种材料中的任何一种构成。因此，所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。根据备选实施例，任何过程或方法步骤的顺序或序列可以改变或重新排序。可以在优选和其他示例性实施例的设计、操作条件和布置中进行其他替换、修改、改变和省略，而不背离本主题的精神。

Claims (20)

1.一种控制车辆中的自主转向程序的系统，包括：

处理器，其配置为激活和/或停用用于操作所述自主转向程序的多个可用模式中的每一个，所述处理器连接到存储计算机可读命令的计算机化存储器，所述计算机可读命令进一步配置处理器以执行以下计算机化步骤：

从与所述处理器进行数据通信的至少一个车辆传感器接收转向参数；

接收来自操作者的自主转向选择输入，其中，所述自主转向选择输入被传送到所述处理器以从多个模式中激活第一选择模式；

接收来自方向盘传感器的手握方向盘输出，所述手握方向盘输出指示操作者是否与车辆的方向盘接触；

生成与所述第一选择模式相对应的第一解除联接指令，所述手握方向盘输出指示操作者与所述方向盘接触，且所述转向参数在定义的范围内；以及

将所述第一解除联接指令传递给转向控制组件，以解除联接方向盘和车辆车轮上的扭矩。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，在传送所述第一解除联接指令之前，所述处理器在接收到所述自主转向程序选择输入指示“关闭”模式、所述手握方向盘输出指示操作者未与方向盘接触或者任一转向参数超出了定义的范围的至少一个命令时，确定自主转向“未就绪状态”，并且其中，在确定“未就绪状态”时，所述至少一个命令防止处理器将任何解除联接指令传送给所述转向控制组件。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，针对等于“开启”的自主转向程序模式，并且在将所述第一解除联接指令传送给所述转向控制组件之后，所述处理器将所述自主转向程序置于连续的自主转向就绪状态，在所述连续的自主转向就绪状态下，所述处理器接收的手握方向盘输出切换打开和关闭的解除联接指令。

4.根据权利要求3所述的用于自主转向的系统，其中，所述连续的自主转向就绪状态适应于在一个驾驶周期中，在当所述解除联接指令切换为“开启”时的自主转向与当所述解除联接指令切换为“关闭”时的手动转向之间切换。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，针对等于“停车”的自主转向程序模式，并且在将所述第一解除联接指令发送到所述转向控制组件之后，所述处理器在确定的时间段内将所述自主转向程序置于不连续的自主转向就绪状态，所述确定时间段通过以所述第一个解除联接指令开始，并以指示操作者与方向盘接触的“手握方向盘”输出结束的时间间隔来确定。

6.根据权利要求1所述的系统，还包括制动器，所述制动器在将所述第一解除联接指令发送至所述转向控制组件时使所述方向盘保持固定。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述转向控制组件是离合器组件，所述离合器组件能够选择性地操作以使向车轮提供扭矩的内转向轴和连接至所述方向盘的外转向轴联接或解除联接，其中，当所述外转向轴被从所述内转向轴解除联接时，自主转向启动。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述转向控制组件包括制动器组件，所述制动器组件能够选择性地操作以在接收到解除联接指令时将所述外转向轴和所述方向盘保持固定。

9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述转向控制组件包括螺线管致动器，所述螺线管致动器构造成在接收到解除联接指令时，选择性地接合所述外轴和所述方向盘并将所述方向盘固定在固定位置。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述螺线管致动器控制在第一端上具有齿嵌件的活塞，所述齿嵌件构造成与外轴上的接收齿匹配，并且其中使齿嵌件与接收齿配合使方向盘固定在固定位置。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述活塞上的所述齿嵌件还包括连接到所述齿嵌件的弹簧，所述弹簧允许所述齿嵌件沿着朝向接收齿的行进路径枢转。

12.一种车辆中的自主转向系统，包括：

处理器，其连接至计算机化存储器，并配置为执行存储在所述存储器中的计算机执行指令，所述处理器配置为：

从与所述处理器进行数据通信的至少一个车辆传感器接收转向参数；

接收来自操作者的自主转向选择输入，其中，所述自主转向选择输入指示是将自主转向程序置于“开启”模式、“关闭”模式还是“停车”模式；

接收来自方向盘传感器的手握方向盘输出，所述手握方向盘输出指示操作者是否与车辆的方向盘接触；

响应于所述自主转向选择输入指示选择了“开启”模式、所述手握方向盘输出指示操作者与方向盘接触以及转向参数分别在定义的范围内，产生第一解除联接指令；以及

将所述第一解除联接指令传送给转向控制组件，所述转向控制组件构造成使方向盘与车辆上的车轮解除联接，并利用所述自主转向程序控制车辆转向。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述计算机执行指令还被配置为继续通过利用所述自主转向程序来控制车辆转向，直到所述手握方向盘输出指示手动转向为止。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述方向盘传感器在感测到操作者与所述方向盘达到定义的接触水平时，计算所述手握方向盘输出以指示手动转向，其中，指示手动转向的手握方向盘输出将解除联接指令转换为联接指令，所述联接指令被导向所述转向控制组件，所述联接指令将所述转向控制组件的内转向轴和外转向轴联接。

15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述转向控制组件是离合器组件，所述离合器组件能够选择性地操作以使向车轮提供扭矩的内转向轴和连接至所述方向盘的外转向轴联接或解除联接，其中，当所述外转向轴从所述内转向轴解除联接，自主转向启动。

16.根据权利要求12所述的系统，其中，所述转向参数包括以下各项中的至少一项：车辆速度、前轮位置、前轮旋转角度、方向盘位置、方向盘旋转角度、车辆方向、安全带状态、轮胎充气和车辆悬架活动。

17.根据权利要求12所述的系统，其中，所述自主转向程序在接收到“开启”模式的自主转向选择输入、手握方向盘输出指示操作者与所述方向盘接触以及转向参数分别在定义的范围内之后，指示“就绪”状态，并且所述自主转向程序独立于手握方向盘传感器输出而保持“就绪”状态。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，当所述手握方向盘输出在手动转向和自主转向之间切换时，保持所述“就绪”状态。

19.一种在车辆中实现自主转向的系统，包括：

处理器，其连接至计算机化存储器，并配置为执行存储在所述存储器中的计算机执行指令，所述处理器配置为：

接收来自操作者的自主转向选择输入，其中，所述自主转向选择输入指示是将自主转向程序置于“开启”模式、“关闭”模式还是“停车”模式；

从与所述处理器进行数据通信的至少一个车辆传感器接收转向参数；

接收来自方向盘传感器的手握方向盘输出，所述手握方向盘输出指示操作者是否与车辆的方向盘接触；

响应于所述自主转向选择输入指示选择了“停车”模式、所述手握方向盘输出指示操作者与方向盘接触以及转向参数分别在定义的范围内，产生第一解除联接指令；以及

将所述第一解除联接指令传送给转向控制组件，以将所述方向盘与车辆上的车轮解除联接，并利用所述自主转向程序控制车辆转向。

20.根据权利要求19所述的系统，在将所述第一解除联接指令发送到所述转向控制组件之后，所述处理器在一段时间内将所述自主转向程序置于不连续的自主转向就绪状态，直到“手握方向盘”输出将所述解除联接指令切换为关闭并将方向盘联接到车辆上的车轮上。

Images