CN112339854A - 控制装置和转向装置 - Google Patents

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CN112339854A CN202010788899.3A CN202010788899A CN112339854A CN 112339854 A CN112339854 A CN 112339854A CN 202010788899 A CN202010788899 A CN 202010788899A CN 112339854 A CN112339854 A CN 112339854A
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Abstract

涉及控制装置和转向装置。控制装置(140)包括电子控制单元。电子控制单元确定右转向命令值和左转向命令值。电子控制单元获取指示车辆(101)的目标路径的路径信息。电子控制单元校正转向命令值使得车辆(101)沿着目标路径行驶。电子控制单元校正右转向命令值和左转向命令值以使右转向轮(120)的滑移角与左转向轮(110)的滑移角之间的分配比率成为目标分配比率。

Description

控制装置和转向装置
技术领域
本发明涉及使布置在右侧和左侧的转向轮独立地转向的控制装置和转向装置。
背景技术
在一些用于车辆的转向装置中，方向盘和转向操作机构没有机械地连接至彼此，并且独立地控制各转向轮的转向角。例如，日本未审查的专利申请公开第2013-184619(JP2013-184619A)号描述了一种技术，该技术计算使得轮胎横向力的总和最小化以减小直线行驶期间的行驶阻力的右目标轮胎横向力和左目标轮胎横向力，并且控制前束角使得从负载传感器获得的实际轮胎横向力与目标值一致。
发明内容
根据相关技术的对前束角的控制是为了提高直线行驶期间的燃料效率和减速期间的直线行驶稳定性而执行的，而不是意在提高转弯通过弯道时的稳定性或燃料效率。
本发明被定向至在保持目标转弯半径和速度的同时提高燃料效率。
本发明的第一方面提供一种控制装置。控制装置被配置成独立地控制相对于车辆的前进方向布置在右侧和左侧的右转向轮和左转向轮各自的转向角。控制装置包括电子控制单元。电子控制单元被配置成基于指示车辆的转向方向的转向命令值来确定指示右转向轮的转向角的右转向命令值和指示左转向轮的转向角的左转向命令值。电子控制单元被配置成获取指示车辆的目标路径的路径信息。电子控制单元被配置成基于指示车辆在行驶期间的行为的多个状态量中的至少一个来校正转向命令值使得车辆沿着目标路径行驶。电子控制单元被配置成基于指示右转向轮的滑移角和左转向轮的滑移角的滑移角信息来校正右转向命令值和左转向命令值以使得右转向轮的滑移角与左转向轮的滑移角之间的分配比率成为目标分配比率。
利用上述配置，可以在保持正在行驶通过弯道的车辆的速度和转弯半径的同时减小侧偏阻力。
本发明的第二方面提供一种转向装置。该转向装置包括控制装置、左转向操作机构和右转向操作机构，该控制装置被配置成独立地控制相对于车辆的前进方向布置在右侧和左侧的右转向轮和左转向轮各自的转向角。控制装置包括电子控制单元。电子控制单元被配置成基于指示车辆的转向方向的转向命令值来确定指示右转向轮的转向角的右转向命令值和指示左转向轮的转向角的左转向命令值。电子控制单元被配置成获取指示车辆的目标路径的路径信息。电子控制单元被配置成基于指示车辆在行驶期间的行为的多个状态量中的至少一个来校正转向命令值使得车辆沿着目标路径行驶。电子控制单元被配置成基于指示右转向轮的滑移角和左转向轮的滑移角的滑移角信息来校正右转向命令值和左转向命令值以使得右转向轮的滑移角与左转向轮的滑移角之间的分配比率成为目标分配比率。左转向操作机构包括使左转向轮转向的左致动器。右转向操作机构包括使右转向轮转向的右致动器。
利用上述配置，可以在保持正在行驶通过弯道的车辆的速度和转弯半径的同时减小侧偏阻力。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相似的附图标记表示相似的元件，并且在附图中：
图1示出了根据实施方式的转向装置的总体配置；
图2是示出根据实施方式的控制装置的功能配置连同车辆的各种部件的框图；
图3是示出滑移角生成单元的功能配置的框图；
图4是示出根据第一附加示例的控制装置的功能配置连同车辆的各种部件的框图；以及
图5是示出根据第二附加示例的控制装置的功能配置连同车辆的各种部件的框图。
具体实施方式
下面将参照附图描述根据本发明实施方式的控制装置和转向装置。数值、形状、材料、构成元件、构成元件之间的位置关系、连接状态、步骤、步骤顺序等是示例性的，并且不意在限制本发明。下面将结合一个实施方式描述多个发明。权利要求中未描述的构成元件被描述为针对根据该权利要求的本发明而言是可选的。附图是为了说明本发明而适当地进行了放大、省略、比例调整的示意图，并且可以与实际的形状、位置关系或比例不同。
首先，将描述根据本发明实施方式的用于车辆101的转向装置100的总体配置。图1是示出根据实施方式的转向装置的总体配置的框图。在转向装置100中，安装在车辆101诸如客车上的右转向轮120和左转向轮110不通过机械元件例如连杆来联接至彼此，并且右转向轮120和左转向轮110可以独立地转向。在本实施方式的情况下，转向装置100构成无连杆线控转向系统，其中，右转向轮和左转向轮可以基于通过使转向构件103转向而输出的信号来转向。转向装置100包括：能够由驾驶员操作以进行转向的转向构件103；在行驶方向上布置在车辆101的前侧的右转向轮120和左转向轮110；使右转向轮120单独地转向的右转向操作机构121；以及使左转向轮110单独地转向的左转向操作机构111。
右转向操作机构121和左转向操作机构111分别包括根据使转向构件103旋转的操作而进行控制的右致动器122和左致动器112。在本实施方式的情况下，右致动器122和左致动器112均为电动机。
右转向操作机构121和左转向操作机构111分别具有使右转向轮120和左转向轮110转向的右转向操作结构123和左转向操作结构113。右转向操作结构123和左转向操作结构113通过悬架支承在在车体上。左转向操作结构113使用从左致动器112接收的旋转驱动力来使左转向轮110转向。右转向操作结构123使用从右致动器122接收的旋转驱动力来使右转向轮120转向。
转向装置100还包括检测转向构件103的转向角的转向角传感器131。转向角传感器131检测转向构件103的旋转轴的旋转角和角速度，并将检测值作为转向命令值输出。转向装置100还包括检测右转向轮120的转向角的右传感器124和检测左转向轮110的转向角的左传感器114。
车辆101设置有检测车辆101的速度V的车辆速度传感器132和惯性测量装置133。惯性测量装置133例如包括陀螺仪传感器、加速度传感器、地磁传感器等。惯性测量装置133检测车辆101在三轴方向上的加速度和角速度等。角速度的三轴方向的示例包括横摆、纵倾和侧倾方向。惯性测量装置133检测例如在横摆方向上的角速度(下文中称为“横摆率”)。惯性测量装置133还可以检测在纵倾方向和侧倾方向上的角速度。
车辆速度传感器132、惯性测量装置133等连接至状态量处理单元130。状态量处理单元130将来自各种传感器的信息作为状态量输出至控制装置140。状态量处理单元130通过计算来自各种传感器的信息有时生成指示车辆101的行为的状态量，并将该状态量输出至控制装置140。
转向装置100还包括控制装置140和存储装置105。存储装置105可以与控制装置140分开布置并且电连接至控制装置140，或者可以包括在控制装置140中。左转向操作机构111包括左电子控制单元(ECU)115。右转向操作机构121包括右ECU 125。控制装置140电连接至右ECU 125、左ECU 115、转向角传感器131、车辆速度传感器132以及惯性测量装置133。左ECU 115电连接至控制装置140、左传感器114、左致动器112和右ECU 125。右ECU 125电连接至控制装置140、右传感器124、右致动器122和左ECU 115。控制装置140、右ECU 125、左ECU 115、右致动器122、左致动器112、状态量处理单元130以及各种传感器之间的通信可以经由车载网络例如控制器局域网(CAN)来执行。
控制装置140基于从转向角传感器131、车辆速度传感器132、惯性测量装置133、右ECU 125和左ECU 115获取的信息等执行反馈控制，并且分别将适当的右转向命令值和左转向命令值输出至右ECU 125和左ECU 115。控制装置140将在后面详细讨论。
存储装置105能够存储各种信息，并且能够取出并输出所存储的信息。存储装置105由存储装置例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、诸如闪存的半导体存储器、硬盘驱动器或固态驱动器(SSD)来实现。
接下来，将详细地描述控制装置140。控制装置140、右ECU 125和左ECU 115可以由微型计算机构成，该微型计算机包括处理器例如中央处理单元(CPU)或数字信号处理器(DSP)和存储器。存储器可以是易失性存储器例如RAM或非易失性存储器例如ROM，或者可以是存储装置105。控制装置140、状态量处理单元130、右ECU 125以及左ECU115的功能的全部或者一部分可以通过CPU执行使用RAM作为工作存储器的存储在ROM中的程序来实现。
图2是示出控制装置140的功能配置的框图。控制装置140是独立地控制相对于车辆101的前进方向布置在右侧和左侧的右转向轮120和左转向轮110各自的转向角的装置，并且包括转向角确定单元141、路径获取单元142、滑移角分配单元143和轨迹稳定单元144。在本实施方式的情况下，控制装置140包括滑移角生成单元146。对车辆101的车辆速度的控制是通过驱动控制单元135基于来自附接至加速踏板等以检测踏板的下压量的下压传感器134的信息控制发动机、电机等来执行的。
转向角确定单元141基于指示车辆101的转向方向的转向命令值来确定指示右转向轮120的转向角的右转向命令值和指示左转向轮110的转向角的左转向命令值。在本实施方式的情况下，转向角确定单元141从转向角传感器131获取转向构件103的旋转轴的旋转角度作为转向命令值，基于作为预定比率的所谓总体转向传动比率以及基于阿克曼-杨特理论(Ackermann-Jeantaud theory)的内轮转向角和外轮转向角来执行计算，并且输出右转向命令值以及左转向命令值。
左ECU 115通过根据所获取的左转向命令值驱动左致动器112来使左转向轮110转向。右ECU 125通过根据所获取的右转向命令值驱动右致动器122来使右转向轮120转向。
路径获取单元142获取指示车辆101的目标路径的路径信息。在本实施方式的情况下，仅基于驾驶员对转向构件103的操作来使车辆101转向，因此路径获取单元142从转向角传感器131获取信息作为路径信息。路径获取单元142例如可以通过基于来自转向角传感器131的信息例如转向构件103的旋转角和角速度执行计算来生成路径信息。路径信息的这种生成也包括在路径信息的获取中。此外，除了车辆速度之外，还可以获取路径信息。
轨迹稳定单元144基于指示车辆101在行驶期间的行为的多个状态量中的至少一个来校正转向命令值使得车辆101沿着由路径获取单元142获取的目标路径行驶。当右转向命令值和左转向命令值通过滑移角分配单元143校正时，右转向轮和左转向轮的转向角单独地变化。基于这样的变化，所生成的轮胎横向力的总和发生变化，并且车辆101通过弯道的行驶轨迹(转弯轨迹)发生波动。因此，轨迹稳定单元144校正转向命令值。例如，轨迹稳定单元144根据目标路径和从状态量处理单元130获得的状态量来导出目标横摆率，并且校正转向命令值以便于保持目标横摆率。另外，轨迹稳定单元144根据目标路径和状态量来导出转弯期间的目标曲率(转弯半径的倒数)，并且校正转向命令值以便于保持目标曲率。
滑移角分配单元143通过基于指示右转向轮120的滑移角和左转向轮110的滑移角的滑移角信息来校正右转向命令值和左转向命令值以便于使右转向轮120的滑移角与左转向轮110的滑移角之间的分配比率成为目标分配比率来优化车辆的行为。
本发明人发现，右转向轮120的侧偏阻力(cornering drag)与左转向轮110的侧偏阻力之和通过具有右滑移角和左滑移角的分配比率作为变量的二次函数来表示，并且侧偏阻力之和的函数在包括使右滑移角和左滑移角的分配比率相等的值的预定范围内具有局部最小值。
在本实施方式的情况下，滑移角分配单元(skid angle distribution unit)143从路径获取单元142等获取车辆101将要行驶的路径弯曲的信息，并且基于从状态量处理单元130获取的状态量诸如车辆速度来确定分配比率，使得车辆101转弯期间的目标分配比率处于包括使右转向轮120的滑移角与左转向轮110的滑移角相等的值的预定范围内，以通过减小右转向轮120的侧偏阻力与左转向轮110的侧偏阻力之和来减小维持车辆速度所需的驱动能量。短语“包括使右转向轮120的滑移角与左转向轮110的滑移角相等的值的预定范围”用于表示目标分配比率为大约0.5±0.1的范围。
另外，在满足预定条件的情况下，滑移角分配单元143将目标分配比率改变为偏向一侧的状态。预定条件没有特别限制。例如，在车辆101基于从状态量处理单元130获取的状态量加速到加速阈值或更大的情况下，可以满足预定条件，即使当基于来自下压传感器134的信息没有下压加速器踏板时也如此。偏向一侧的目标分配比率的示例包括大于0.6的目标分配比率(例如，1)和小于0.4的目标分配比率(例如，0)。
在如上所描述地确定目标分配比率的情况下，侧偏阻力之和被增加，能够制动车辆101，并且在长的下坡路等上保持沿着目标路径的稳定行驶的同时能够减小制动器上的负担。
滑移角分配单元143校正右转向命令值和左转向命令值以便于使由滑移角生成单元146生成的右转向轮120的滑移角与左转向轮110的滑移角之间的分配比率成为目标分配比率。图3是示出了滑移角生成单元的功能配置的框图。如图所示，滑移角生成单元146包括车体滑移角计算单元152和轮胎滑移角计算单元153。
车体滑移角计算单元152基于从状态量处理单元130获取的横摆率、车辆101的速度以及车辆101(在横向方向和前后方向上)的加速度来计算整个车辆101的滑移角。
轮胎滑移角计算单元153基于从车体滑移角计算单元152获取的车体滑移角、从状态量处理单元130获取的横摆率、以及从状态量处理单元130获取的右转向轮120的实际转向角和左转向轮110的实际转向角来计算右转向轮120和左转向轮110各自的轮胎滑移角。
在本实施方式中，对右转向轮120的转向角和左转向轮110的转向角执行反馈控制，以便于使布置在车辆101的右侧和左侧的车轮的轮胎滑移角达到目标分配比率。因此，可以通过抑制车辆101的侧偏阻力来提高燃料效率性能，并且通过基于转向轮制动车辆101来减小制动器上的负担并且保持稳定的行驶。
另外，独立地执行其中还基于状态量来校正用于确定右转向命令值和左转向命令值的转向命令值的两个反馈控制。因此，能够以所谓的在轨感觉(on-the-rail feel)来使车辆101转向，这允许例如在抑制车辆101的侧偏阻力之和的同时与转向构件103的操作相对应地沿行驶路径来转向车辆101。
本发明不限于上述实施方式。例如，可以根据需要组合本文描述的构成元件，或者可以排除一些构成元件，以实现本发明的不同实施方式。另外，本发明还包括由本领域技术人员在不脱离本发明的范围和精神——即，在权利要求书中使用的语言的含义——的情况下对上述实施方式进行各种可想到的改变而获得的修改。
例如，如图4所示，控制装置140可以包括优先度调整单元145。在基于指示车辆101在行驶期间的行为的多个状态量中的至少一个而确定车辆101处于预定状态的情况下，与车辆101不处于该预定状态的情况相比，优先度调整单元145相对于滑移角分配单元143的控制优先度来改变轨迹稳定单元144的控制优先度。因此，可以通过调整滑移角分配单元143和轨迹稳定单元144各自的控制优先度来实现不引起振动等的平滑控制，其中，滑移角分配单元143基于从状态量处理单元130获得的状态量单独地执行右转向命令值和左转向命令值的反馈校正，轨迹稳定单元144也基于从状态量处理单元130获得的状态量来执行用于生成右转向命令值和左转向命令值的转向命令值的反馈校正。
例如，通过改变用于滑移角分配单元143和轨迹稳定单元144的时间常数来执行由优先度调整单元145进行的优先度的调整。具体地，优先度调整单元145例如可以通过调整滑移角分配单元143和轨迹稳定单元144的控制周期和控制增益中的至少一个来改变时间常数。
具体而言，该预定状态被假定为车辆101的目标曲率与实际行驶曲率之间的偏差量等于或大于预定值的状态。在基于横摆率、车辆速度等确定车辆101处于预定状态下的情况下，优先度调整单元145通过与正常行驶期间相比延长其控制周期来降低滑移角分配单元143的控制优先度，并且通过与正常行驶期间相比缩短其控制周期来提高轨迹稳定单元144的控制优先度。具体而言，例如，改变滑移角分配单元143和轨迹稳定单元144的控制周期使得在预定状态下轨迹稳定单元144的控制周期与滑移角分配单元143的控制周期的比率是正常行驶期间这样的比率的倒数。可替选地，可以与正常行驶期间相比延长滑移角分配单元143的控制周期并且可以与正常行驶期间相比缩短轨迹稳定单元144的控制周期，使得在预定状态下轨迹稳定单元144的控制周期与滑移角分配单元143的控制周期的比率不与正常行驶期间这样的比率相反。可以调整控制增益(例如PID控制中的增益中的至少一个)，而不是控制周期。
车辆101可以包括辅助模式和自主驾驶模式，在辅助模式下，辅助使用转向构件103执行的车辆101的转向，在自主驾驶模式下，执行不使用转向构件103的自主驾驶。在这种情况下，如图5所示，车辆101包括能够实现自主驾驶的行驶传感器162和基于来自行驶传感器162的信息来控制或辅助车辆101的行驶的控制装置106。
行驶传感器162是获取车辆101的自主行驶所需的信息的传感器。行驶传感器162没有特别限制，并且可以包括多种类型的传感器。行驶传感器162的示例包括获取用于生成行驶路径例如设置在路面上的诸如白线的标记的位置的信息的摄像机、获取车辆101在地图信息中的位置的传感器、检测车辆前方的障碍物的雷达等。
行驶控制装置106基于来自行驶传感器162等的信息来控制车辆101的行驶。行驶控制装置106确定车辆101的目标车辆速度，并且将与目标车辆速度匹配的车辆速度命令值输出至驱动控制单元135。另外，行驶控制装置106包括路径生成单元161。路径生成单元161基于地图信息或来自行驶传感器162的信息生成车辆101要遵循的路径，并且将生成的路径作为路径信息输出。另外，行驶控制装置106基于车辆101的当前位置、由路径生成单元161生成的路径信息等输出转向命令值。
在辅助模式、自主驾驶模式等的情况下，控制装置140的转向角确定单元141基于从行驶控制装置106输出的转向命令值生成右转向命令值和左转向命令值。滑移角分配单元143基于状态量来校正右转向命令值和左转向命令值，与车辆处于辅助模式还是自主驾驶模式等无关。路径获取单元142将从行驶控制装置106输出的车辆速度命令值与从路径生成单元161获取的路径信息相加，并且输出所得到的路径信息。轨迹稳定单元144基于所获取的路径信息来校正转向命令值。
在图5中，没有设置相对地调整轨迹稳定单元144和滑移角分配单元143各自的优先度的优先度调整单元145。在这样的情况下，轨迹稳定单元144和滑移角分配单元143中的至少一个可以基于状态量来调整优先度。
本发明可以被实现为系统、设备、方法、集成电路、计算机程序或诸如计算机可读存储盘的存储介质，或者可以被实现为系统、设备、方法、集成电路、计算机程序和存储介质的任意组合。
例如，上述实施方式中所包括的处理单元可以被实现为大规模集成(LSI)电路，其通常是集成电路。这样的单元可以单独地实现在一个芯片上，或者这些单元中的一些或全部可以实现在一个芯片上。
电路集成不限于LSI，并且可以通过专用电路或通用处理器来实现。还可以利用在LSI制造之后可编程的现场可编程门阵列(FPGA)或使得能够重新配置LSI内部的电路单元的连接或设置的可重新配置处理器。
在上述实施方式中，每个构成元件可以由专用硬件构成，或者通过执行适合于构成元件的软件程序来实现。每个构成元件也可以通过程序执行单元例如诸如CPU的处理器读取并且执行存储在存储介质例如硬盘或半导体存储器中的软件程序来实现。
另外，上述构成元件中的一些或全部可以由可移除集成电路(IC)卡或单个模块构成。IC卡或模块是由微处理器、ROM、RAM等构成的计算机系统。IC卡或模块可以包括上述LSI或系统LSI电路。IC卡或模块通过微处理器根据计算机程序进行操作来实现其功能。IC卡和模块可以是防篡改的。
本发明针对具有使各个转向轮转向的独立机构的转向装置是有用的。

Claims (5)

1.一种控制装置(140)，其独立地控制相对于车辆(101)的前进方向布置在右侧和左侧的右转向轮(120)和左转向轮(110)各自的转向角，所述控制装置(140)的特征在于包括电子控制单元，其中：
所述电子控制单元被配置成：基于指示所述车辆(101)的转向方向的转向命令值来确定指示所述右转向轮(120)的转向角的右转向命令值和指示所述左转向轮(110)的转向角的左转向命令值；
所述电子控制单元被配置成获取指示所述车辆(101)的目标路径的路径信息；
所述电子控制单元被配置成：基于指示所述车辆(101)在行驶期间的行为的多个状态量中的至少一个来校正所述转向命令值使得所述车辆(101)沿着所述目标路径行驶；以及
所述电子控制单元被配置成：基于指示所述右转向轮(120)的滑移角和所述左转向轮(110)的滑移角的滑移角信息来校正所述右转向命令值和所述左转向命令值，以使所述右转向轮(120)的滑移角与所述左转向轮(110)的滑移角之间的分配比率成为目标分配比率。
2.根据权利要求1所述的控制装置(140)，其特征在于，所述电子控制单元被配置成将所述车辆(101)转弯期间的所述目标分配比率确定为在以下预定范围内的分配比率：在所述预定范围中，所述右转向轮(120)的侧偏阻力与所述左转向轮(110)的侧偏阻力之和包括局部最小值。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置(140)，其特征在于，所述电子控制单元被配置成将所述目标分配比率确定为在以下预定范围内的分配比率：在所述预定范围中，所述右转向轮(120)的滑移角与所述左转向轮(110)的滑移角彼此相等。
4.根据权利要求1或2所述的控制装置(140)，其特征在于，所述电子控制单元被配置成在满足预定条件的情况下将所述目标分配比率改变为偏向一侧的状态。
5.一种转向装置(100)，其特征在于包括：
根据权利要求1或2所述的控制装置(140)；
左转向操作机构(111)，其包括被配置成使所述左转向轮(110)转向的左致动器(112)；以及
右转向操作机构(121)，其包括被配置成使所述右转向轮(120)转向的右致动器(122)。
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