CN112930297A - 方向盘角度控制装置 - Google Patents

Abstract

方向盘角度控制装置(23)，对具备马达和角度传感器的转向驱动装置，以使测定角度追随目标角度的方式控制马达，马达驱动输入轴，输入轴对车辆的车轮施加偏转角而向车辆的转向系统输入作为旋转角度的方向盘角度，角度传感器检测输入轴的方向盘角度作为测定角度，方向盘角度控制装置包括：取得由角度传感器检测到的测定角度的测定角度取得部(232)；判定目标角度与测定角度的偏差角度是否接近目标角度为衰减阈值以下的第1判定部(233a)，衰减阈值相对于目标角度而言向与输入轴的变位方向相反的方向具有规定角度；在偏差角度接近为衰减阈值以下的情况下，基于使角速度与偏差角度成比例地衰减的衰减控制规则来控制马达的角速度的角速度控制部(234)。

Description

方向盘角度控制装置

技术领域

本发明的实施方式涉及控制车辆的方向盘角度的方向盘角度控制装置。

背景技术

以往，为了实现农业的高效率而进行如下的自动转向技术已被公知，使拖拉机、种植机等农用作业车辆沿着指定的行驶路径行驶。进行这样的自动转向的对象车辆有装备了对应自动转向的机构的车辆、和不对应自动转向而仅装备了利用手动进行方向盘操作的机构的手动用车辆。

手动用车辆中，用于使向转向系统输入作为转向扭矩的旋转力的输入轴旋转来进行手动转向的转向方向盘能够相对于输入轴拆卸。因此，通过在输入轴与转向方向盘之间装入驱动输入轴旋转规定的方向盘角度的转向驱动装置，并对该转向驱动装置进行控制，由此能够使手动用车辆实现自动转向。

作为这样的利用转向驱动装置控制手动用车辆的技术，已知有如下的车辆导向系统(例如，参照专利文献1)，包括：接收位置指示信号的接收器；基于位置指示信号生成转向控制信号的转向控制装置；在与转向轴及使该转向轴旋转的转向轮是同轴的驱动轴周围产生扭矩，并与转向控制信号响应而直接驱动转向组件的驱动组件。

【专利文献1】国际公开2010/139013号

发明内容

上述这样的作业车辆的自动转向，包括：以使作业车辆定位于作为目标的行驶路径上的方式控制作业车辆的转向角的转向角控制；以向输入轴传递基于该转向角的方向盘角度的方式控制转向驱动装置的方向盘角度控制。在该方向盘角度控制中，以使所测定的方向盘角度与作为目标值的方向盘角度一致的方式，梯形控制方向盘角度的角速度。

但是，在仅是梯形控制方向盘角度的角速度的情况下，方向盘角度的转向过度、转向不足频发，存在产生用于修正它们的控制这样的问题。若产生这样的控制，则在作业车辆的自动转向中，作业车辆出现蛇行而对于行驶路径的追随性降低。

本发明是为了解决上述问题点而做出的，其目的在于提供能够减少发生用于修正方向盘角度的转向过度、转向不足的控制的方向盘角度控制装置。

为了解决上述问题，本实施方式的方向盘角度控制装置，对具备马达和角度传感器的转向驱动装置，以使测定角度追随目标角度的方式对所述马达进行控制，所述马达驱动输入轴，所述输入轴对车辆的车轮施加偏转角而向该车辆的转向系统输入作为旋转角度的方向盘角度，所述角度传感器检测该输入轴的方向盘角度作为所述测定角度，其中，所述方向盘角度控制装置包括：测定角度取得部，其取得由所述角度传感器检测到的所述测定角度；第1判定部，其判定所述目标角度与所述测定角度的偏差角度是否接近所述目标角度为衰减阈值以下，所述衰减阈值相对于所述目标角度而言向与所述输入轴的移位方向相反的方向具有规定角度；角速度控制部，其在所述偏差角度接近为所述衰减阈值以下的情况下，基于使角速度与所述偏差角度成比例地衰减的衰减控制规则来控制所述马达的角速度。

根据本发明，能够减少发生用于修正方向盘角度的转向过度、转向不足的控制。

附图说明

图1是表示实施方式涉及的农用拖拉机的构成的概略侧视图。

图2是表示实施方式涉及的自动转向系统的硬件构成的框图。

图3是表示方向盘角度控制装置的硬件构成的框图。

图4是表示方向盘角度控制装置的功能构成的框图。

图5是表示方向盘角度控制装置的动作的流程图。

图6是表示方向盘角度控制中的角速度及测定角度的图表。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(对象车辆及自动转向系统的构成)

首先，对本实施方式涉及的自动转向系统和由该自动转向系统自动转向的对象车辆进行说明。图1是表示实施方式涉及的农用拖拉机的构成的概略侧视图。图2是表示实施方式涉及的自动转向系统的硬件构成的框图。

作为本实施方式涉及的自动转向系统的转向对象的车辆是作业车，具体而言，为图1所示的农用拖拉机1。该拖拉机1是具备车体10、2个前轮11和2个后轮12的四轮车辆，但只要是可转向的车辆，可以是任意车辆。此外，拖拉机1具备：供驾驶者就座的座席13、与未图示的作业机连结连接的连杆机构14、转向柱15、方向盘16、转向驱动装置17、包含油门踏板、制动器等的踏板类18、以及车顶部19。

对前轮11施加作为转向角的偏转角来转向拖拉机1的转向系统设于转向柱15内，并在转向柱15中内置有用于将由方向盘16或转向驱动装置17所致的转向角输入到转向系统的输入轴151，基于该输入轴151的旋转的转向角被施加到前轮11。转向驱动装置17是为了对不具有用于进行自动转向控制的构成的、以手动转向为前提的拖拉机1进行自动转向而后附加的装置，在转向驱动装置17的上方安装有方向盘16，而且，在转向驱动装置17的下方嵌合有转向系统的输入轴151的上端部。车顶部19是载置在4个支承框架上的、整体为大致平板状的部件，所述4个支承框架设置在车体10上前后左右的不同位置。

在车顶部19的上表面设有至少包含GNSS(Global Navigation SatelliteSystem，全球导航卫星系统)和陀螺仪传感器的传感器类21。该传感器类21只要是至少检测车辆的位置和行驶面上的车辆方位的传感器即可，可以包含所有传感器。此外，在支撑车顶部19的支撑框架中的位于前方的1个支撑框架设有控制拖拉机1的自动转向的自动转向控制装置22。

如图2所示，自动转向系统由驱动转向系统中的输入轴151的转向驱动装置17、传感器类21、自动转向控制装置22、图1中未图示的方向盘角度控制装置23构成。

转向驱动装置17具备：向输入轴151传递驱动力的传递轴171、驱动传递轴171的马达172、检测传递轴171的旋转角度、即检测输入轴151的旋转角度作为方向盘角度的角度传感器173，所述马达172为步进马达，所述角度传感器173为旋转编码器。需要说明的是，马达172只要是能够输出对于使输入轴151旋转而言充分的扭矩的马达，则可以是任意种类的马达。此外，在本实施方式中，基于角度传感器173的分辨率的角度传感器173的最小测定单位为1°。

自动转向控制装置22基于传感器类21的检测值输出转向角，方向盘角度控制装置23基于由自动转向控制装置22指示的转向角对转向驱动装置17反馈控制。在此，转向驱动装置17通过以方向盘角度作为目标角度的马达172的控制使传递轴171驱动，所述方向盘角度是由角度传感器173检测到的旋转位置成为所希望的旋转位置的角度。

如此，通过对拖拉机1后附加设置转向驱动装置17、传感器类21、自动转向控制装置22及方向盘角度控制装置23，从而能够在以手动转向的方式构成的拖拉机1中实现自动转向。

(方向盘角度控制装置的构成)

对方向盘角度控制装置的硬件构成及功能构成进行说明。图3和图4分别是表示方向盘角度控制装置的硬件构成、功能构成的框图。

如图3所示，方向盘角度控制装置23中，作为硬件而具备：CPU(CentralProcessing Unit)31、RAM(Random Access Memory)32、存储装置33、外部I/F(Interface)34。

CPU31及RAM32协作而执行后述的各种功能，存储装置33存储由各种功能执行的处理所用的各种数据。外部I/F34与作为外部装置的自动转向控制装置22、马达172、角度传感器173进行数据的输入输出。

此外，如图4所示，方向盘角度控制装置23中作为功能而具备目标角度算出部231、测定角度取得部232、测定角度判定部233和角速度控制部234。

目标角度算出部231基于由自动转向控制装置22输出的转向角，算出作为目标角度的方向盘角度。测定角度取得部232取得由角度传感器173测定出的方向盘角度作为测定角度。测定角度判定部233具有第1判定部233a及第2判定部233b，并通过对预先设定的值与偏差角度进行比较来进行判定，所述偏差角度为由测定角度取得部232取得的测定角度与由目标角度算出部231算出的目标角度之间的偏差。角速度控制部234以使偏差角度减小的方式对马达172指示角速度。

(方向盘角度控制装置的动作)

对方向盘角度控制装置的动作进行说明。图5是表示方向盘角度控制装置的动作的流程图。图6是表示方向盘角度控制中的角速度及测定角度的图表。需要说明的是，在图5所示的流程图中，设为预先算出90°的目标角度。此外，图5所示的动作按规定的周期执行。

如图5所示，首先，角速度控制部234通过指示基于加速控制规则的角速度来控制马达172(S101)。该基于加速控制规则的控制是指，如在开始传递轴171的旋转时，在旋转方向反向(反转)这样在目标角度被更新的状况下最初执行的控制，即，是在目标角度刚更新后随即执行的控制。

如图6所示，加速控制规则是在目标角度刚更新后的区间A中，使角速度以一定的角加速度从下限角速度上升到上限角速度的控制规则。关于下限角速度、上限角速度，分别设定为针对传递轴171的旋转所涉及的负荷不会发生扭矩不足，而能够使传递轴171旋转的角速度范围的下限、上限。

接着，角速度控制部234判定现行的角速度是否达到了上限角速度(S102)。

在现行的角速度达到了上限角速度的情况下(S102，是)，角速度控制部234控制马达172为基于维持控制规则的角速度(S103)。如图6所示，该维持控制规则是指在紧接着进行基于加速控制规则的控制的区间A之后的区间B中，将角速度维持为上限角速度的控制规则。

接着，第1判定部233a判定偏差角度是否为衰减阈值以下(S104)。如图6所示，衰减阈值是与预先设定的目标角度分离的分离角度，被设定为相对于目标角度而言向与传递轴171(输入轴151)的变位方向相反一侧分离了规定角度的角度。在此，第1判定部233a在处于基于维持控制规则的控制中、且测定角度未达到或未通过目标角度的状态下，判定现行的偏差角度的绝对值是否是设定为正值的衰减阈值以下。

在偏差角度为衰减阈值以下时(S104，是)，第2判定部233b判定偏差角度是否处于允许偏差范围内(S105)。如图6所示，允许偏差范围由相对于目标角度而言向变位方向及其相反方向以同等角度分离的2个分离角度即第1阈值及第2阈值来设定，所述第1阈值及第2阈值的绝对值被设定为比衰减阈值的绝对值小的值。此外，允许偏差范围中的2个偏差角度分别根据由角度传感器173的分辨率确定的最小测定单位而设定为1°。在根据这样的允许偏差范围进行的判定中，在现行的偏差角度接近目标角度为相对于目标角度而言向变位方向侧设定的第1阈值以下的情况下、或接近目标角度为相对于目标角度而言向与变位方向相反一侧设定的第2阈值以下的情况下，第2判定部233b判定为偏差角度处于允许偏差范围内。

在偏差角度未处于允许偏差范围内的情况下(S105，否)，角速度控制部234通过指示基于衰减控制规则的角速度来控制马达172(S106)。如图6所示，衰减控制规则是在紧接着进行基于维持控制规则的控制的区间B之后的区间C中，设ω为角速度、设θ为偏差角度、设k为例如设定为10[1/s]的衰减系数，利用基于ω＝－k·θ这一公式的角速度ω来控制马达172。

另一方面，在偏差角度处于允许偏差范围内的情况下(S105，是)，角速度控制部234使角速度为零(S107)，结束针对现行的目标角度的马达172控制。

此外，在步骤S104中，在偏差角度并非衰减阈值以下的情况下(S104，否)，角速度控制部234以基于维持控制规则的角速度控制马达172(S103)。

此外，在步骤S102中，在现行的角速度未达到上限角速度的情况下(S102，否)，角速度控制部234通过指示基于加速控制规则的角速度来控制马达172(S101)。

在上述的马达172的控制中，根据基于加速控制规则的控制，从能够使传递轴171可靠旋转的下限角速度直到上限角速度，以规定的角加速度使角速度加速，由此能够抑制角速度的不连续波动。

此外，通过利用衰减控制规则使角速度衰减，由此能够减少发生用于修正转向过度、转向不足的修正控制。而且，若偏差角度处于允许偏差范围内，则偏差角度即使不为零也视作已达到目标角度，停止针对现行的目标角度的马达172的控制，由此能够更可靠地减少发生用于修正转向过度、转向不足的修正控制。此外，通过减少修正控制的发生，能够减少方向盘角度的控制涉及的电力功耗，能够抑制部件磨损而延长方向盘角度控制装置23的寿命，此外，能够抑制作为步进马达的马达172的失调。

需要说明的是，在本实施方式中，方向盘角度控制装置23通过控制后附加于作业车辆1的转向驱动装置17来经由传递轴171控制输入轴151的旋转，但也可以是转向驱动装置17直接驱动输入轴151的结构。

本发明的实施方式是作为示例而提示的，并不意图限定发明范围。该新的实施方式可以用其他的各种方式来实施，在不脱离发明要旨的范围内可以进行各种省略、置换、变更。上述实施方式及其变形包含于发明范围、要旨，并且也包含于权利要求书记载的方案及其等同范围。

附图标记的说明

23方向盘角度控制装置

232测定角度取得部

233a第1判定部

233b第2判定部

234角速度控制部

Claims (7)

1.一种方向盘角度控制装置，对具备马达和角度传感器的转向驱动装置，以使测定角度追随目标角度的方式对所述马达进行控制，所述马达驱动输入轴，所述输入轴对车辆的车轮施加偏转角而向该车辆的转向系统输入作为旋转角度的方向盘角度，所述角度传感器检测该输入轴的方向盘角度作为所述测定角度，所述方向盘角度控制装置的其特征在于，包括：

测定角度取得部，取得由所述角度传感器检测到的所述测定角度；

第1判定部，判定所述目标角度与所述测定角度的偏差角度是否接近所述目标角度为衰减阈值以下，所述衰减阈值相对于所述目标角度而言向与所述输入轴的变位方向相反的方向具有规定角度；以及

角速度控制部，在所述偏差角度接近为所述衰减阈值以下的情况下，基于使角速度与所述偏差角度成比例地衰减的衰减控制规则来控制所述马达的角速度。

2.根据权利要求1所述的方向盘角度控制装置，其特征在于，还包括：

第2判定部，判定所述偏差角度是否处于由2个阈值设定且包含所述目标角度的允许偏差范围，且处于所述2个阈值分别比所述衰减阈值接近所述目标角度的所述允许偏差范围，

其中，所述角速度控制部在判定为所述偏差角度处于所述允许偏差范围内的情况下，使所述马达的角速度降低为零。

3.根据权利要求2所述的方向盘角度控制装置，其特征在于，

所述2个阈值各自相对于所述目标角度分离的分离角度是所述角度传感器的测定角度的检测涉及的分辨率的最小单位。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的方向盘角度控制装置，其特征在于，

所述角速度控制部在所述目标角度刚更新后，随即基于加速控制规则控制所述马达的角速度，所述加速控制规则是以一定的角加速度使角速度从作为下限值而预先设定的下限角速度加速到作为上限值而预先设定的上限角速度。

5.根据权利要求4所述的方向盘角度控制装置，其特征在于，

所述下限角速度及所述上限角速度被设定为所述马达能够输出可驱动所述输入轴的扭矩的角速度。

6.根据权利要求4或5所述的方向盘角度控制装置，其特征在于，

所述角速度控制部在利用所述加速控制规则使角速度达到所述上限角速度之后，基于将角速度维持为该上限角速度的维持控制规则来控制所述马达的角速度。

7.根据权利要求6所述的方向盘角度控制装置，其特征在于，

所述第1判定部在基于所述维持控制规则进行所述马达的角速度的控制的状态下，判定所述偏差角度是否接近所述目标角度为所述衰减阈值以下。

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