CN112930298B - 方向盘角度控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种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对马达进行控制，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：从角度传感器取得测定角度的测定角度取得部(232)；向马达输出角速度作为指示角速度的角速度输出部(234)；算出基于取得的测定角度的角速度而作为测定角速度的角速度算出部(233)；判定指示角速度与测定角速度之差的绝对值是否是预先设定的第1阈值以上的角速度判定部(236)，角速度输出部在判定为差的绝对值为第1阈值以上的情况下停止马达的控制。

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技术。
背景技术
以往，已知有为了实现农业的高效率而进行如下的自动转向技术，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应对自动转向的机构的车辆、和未应对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方向盘能够相对于输入轴拆卸。因此，通过在输入轴与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；在转向轴及与使该转向轴旋转的转向轮同轴的驱动轴周围产生扭矩，并响应于转向控制信号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
根据以往的作业车辆的自动转向，作业车辆以沿着预先设定的行驶路径的方式行驶，但在该行驶路径上存在障碍物、人的情况下，作业车辆的驾驶者需要在识别障碍物而进行自动转向功能的解除操作之后，通过方向盘进行手动操作以避开障碍物。也就是说，在以往的作业车辆的自动转向中，存在为了在自动转向中避开障碍物、人，需要事先进行解除自动转向功能的操作这一问题。
本发明是为了解决上述问题点而做出的，其目的在于提供无须进行自动转向功能的解除操作就能切换为手动操作的方向盘角度控制装置。
为了解决上述课题，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，其从所述角度传感器取得所述测定角度；角速度输出部，其向所述马达输出角速度作为指示角速度；角速度算出部，其算出基于所述取得的测定角度的角速度而作为测定角速度；以及角速度判定部，其判定所述指示角速度与所述测定角速度之差的绝对值是否是预先设定的第1阈值以上，所述角速度输出部在判定为所述差的绝对值为所述第1阈值以上的情况下，停止所述马达的控制。
根据本发明，无须进行自动转向功能的解除操作就能切换为手动操作。
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是表示方向盘角度判定处理的流程图。
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、与未图示的作业机联结连接的连杆机构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所致的方向盘角度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、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，同时，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个支承框架上而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，在支承车顶部19的支承框架中的位于前方的1个支承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。
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。此外，在本实施方式中，自动转向控制装置22具有显示器，作为向驾驶者提示自动转向涉及的信息并用于取得来自驾驶者的操作的输入输出装置。
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及图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，在方向盘角度控制装置23中，作为硬件而具备：CPU(CentralProcessing Unit)31、RAM(RandomAccess 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，在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、角速度输出部233、角速度算出部234、平滑化处理部235、角速度判定部236和提示部237。
目标角度算出部231基于由自动转向控制装置22输出的目标转向角，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测定的方向盘角度作为测定角度。角速度输出部233将使目标角度与测定角度的偏差角度降低的角速度作为指示角速度而向马达172输出。需要说明的是，由测定角度取得部232取得的测定角度及由角速度输出部233输出的指示角速度按时序存储于存储装置33。
角速度算出部234算出基于由测定角度取得部232取得的测定角度的角速度而作为测定角速度。对于该测定角速度也是与测定角度、指示角速度同样地，按时序存储于存储装置33。
平滑化处理部235将由角速度算出部234算出的角速度平滑化。角速度判定部236基于由角速度输出部233输出的角速度和由平滑化处理部235平滑化后的角速度，判定传递轴171乃至输入轴151的旋转角度是否被正常控制。
提示部237在由角速度判定部236判断为传递轴171的旋转角度未被正常控制的情况下，对自动转向控制装置22，将表示方向盘角度控制乃至自动转向已停止的停止信息向自动转向控制装置22通知，由此向驾驶者提示自动转向已停止这一情况。在本实施方式中，该提示由自动转向控制装置22所具备的显示器进行，但可以使用任意手段。
(方向盘角度控制装置的动作)
对方向盘角度控制装置中的方向盘角度判定处理进行说明。图5是表示方向盘角度判定处理的流程图。需要说明的是，在方向盘角度控制装置中，方向盘角度的控制按规定的周期执行，图5所示的方向盘角度判定处理按比方向盘角度的控制涉及的周期大的周期执行。
如图5所示，首先，角速度算出部234基于由测定角度取得部232取得的测定角度，算出传递轴171乃至输入轴151的角速度作为测定角速度(S101)。在此，角速度算出部234对存储于存储装置33的测定角度中、包含最近的测定角度的多个测定角度进行微分，由此算出现行的测定角速度。此外，算出的测定角速度按时序存储于存储装置33。
接着，平滑化处理部235进行测定角速度的平滑化(S102)。在此，平滑化处理部235算出包含现行的测定角速度在内的多个测定角速度的移动平均，由此将测定角速度平滑化而算出现行的平滑化后的测定角速度，由此除去测定角速度中的波动、噪声。
在平滑化后，角速度判定部236判定现行的指示角速度与现行的平滑化后的测定角速度之差的绝对值是否是预先设定的值以上、即第1阈值以上(S103)。
在差的绝对值为第1阈值以上的情况下(S103，是)，角速度判定部236判定连续性的判定为差的绝对值为第1阈值以上的时间即超过时间是否为预先设定的时间以上、即第2阈值以上(S104)。
在超过时间为第2阈值以上的情况下(S104，是)，角速度输出部233停止向马达172的角速度输出而停止马达172的控制(S105)，提示部237通过向自动转向控制装置22通知停止信息而向驾驶者提示方向盘角度控制乃至自动转向控制的停止(S106)。
另一方面，在超过时间未达到第2阈值以上的情况下(S104，否)，方向盘角度判定处理的当前周期的动作结束。
此外，在步骤S103中，在差的绝对值未达到第1阈值以上的情况下(S103，否)，方向盘角度判定处理的当前周期的动作结束。
如以上所说明那样，根据本实施方式涉及的方向盘角度控制装置23，根据利用向马达172输出的指示角速度与基于从角度传感器173取得的测定角度的测定角速度之差进行的判定，使方向盘角度控制乃至自动转向控制停止。由此，在自动转向控制中驾驶者为了避开遮挡拖拉机1的前进道路的障碍物而操作了方向盘16时，自动转向控制被停止，切换为手动转向，因此不需要事先进行自动转向控制的解除操作。
此外，由于指示角速度与测定角速度的脱离也可因转向驱动装置17内部的机构、马达172的故障而产生，因此在方向盘16未被操作的状态下，因转向驱动装置17的故障使方向盘角度控制、自动转向控制被停止，并向驾驶者提示相关故障停止内容，因此能够更安全地运行拖拉机1。
本发明的实施方式是作为示例而提示，并不意图限定发明范围。上述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。这些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
233 角速度输出部
234 角速度算出部
235 平滑化处理部
236 角速度判定部
237 提示部

Claims (3)

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特征在于，包括：
测定角度取得部，其从所述角度传感器取得所述测定角度；
角速度输出部，其向所述马达输出角速度作为指示角速度；
角速度算出部，其算出基于所述取得的测定角度的角速度而作为测定角速度；以及
角速度判定部，其判定所述指示角速度与所述测定角速度之差的绝对值是否是预先设定的第1阈值以上，
所述角速度输出部在判定为所述差的绝对值为所述第1阈值以上的情况下，停止所述马达的控制。
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，
所述角速度判定部判定所述差的绝对值为所述第1阈值以上的状态是否维持了预先设定的时间以上、即第2阈值以上，
所述角速度输出部在所述差的绝对值为所述第1阈值以上的状态维持了所述第2阈值以上的情况下，停止所述马达的控制。
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，还具备：
提示部，在所述差的绝对值为所述第1阈值以上的状态维持了所述第2阈值以上的情况下，对所述车辆的驾驶者提示所述马达的控制已停止这一内容。
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