CN115123377B - 用于自动驾驶车辆的转向装置和设置有该转向装置的自动驾驶车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于自动驾驶车辆的转向装置和设置有该转向装置的自动驾驶车辆。一种转向装置包括：方向盘，其能在从中性位置在向左方向和向右方向的每个方向上超过180度的角度范围内旋转；转向机构，其根据所述方向盘的转向角使车轮转向，所述转向角与被转向角的比率是能改变的；以及控制装置，其用于控制所述转向机构的所述比率。所述控制装置在车辆在所述手动驾驶模式下行驶期间将所述比率设定为第一值，并在车辆在所述自动驾驶模式下行驶期间将所述比率设定为小于所述第一值的第二值，其中所述第二值设定成使得与所述转向机构规定的所述车轮的最大被转向角对应的所述转向角小于180度。

Description

用于自动驾驶车辆的转向装置和设置有该转向装置的自动驾 驶车辆

技术领域

本发明涉及用于可在自动驾驶模式下行驶的自动驾驶车辆的转向装置以及设置有该转向装置的自动驾驶车辆。

背景技术

在能够在进行自动行驶控制以使自车自动行驶的自动驾驶模式和停止自动行驶控制且驾驶员可以手动驾驶车辆的手动驾驶模式之间切换的车辆驾驶控制装置中，已知当驾驶员进行的方向盘的转向量超过预设的确定阈值时，将驾驶模式从自动驾驶模式切换到手动驾驶模式(参见JP6187090B2)。

然而，在自动驾驶期间，例如在城市地区进行驻车辅助或低速驾驶辅助时，方向盘可能旋转(转动)360度或更多。在这种情况下，如果像JP6187090B2的车辆驾驶控制装置中那样，当驾驶员在例如紧急情况下操作方向盘时，简单地将驾驶模式从自动驾驶模式切换到手动驾驶模式，则驾驶员可能误解车辆的状态。即，可能会出现这样的情形：当驾驶员握持方向盘时，驾驶员认为车辆正在近似直线移动(转向角接近0度)，但实际上车辆处于转向状态(转向角接近360度)。在这种情形下，由于驾驶员识别的车辆行驶方向与车辆的实际行驶方向之间存在差异，驾驶员可能无法正常进行驾驶操作，并且/或者可能具有不协调的感觉。

发明内容

鉴于这样的背景，本发明的主要目的是当驾驶模式从自动驾驶模式切换到手动驾驶模式时，防止驾驶员识别的转向角与实际转向角不同。

为了实现这样的目的，本发明的一个实施方式提供一种用于自动驾驶车辆1的转向装置10，所述转向装置能够在手动驾驶模式和自动驾驶模式之间切换驾驶模式，所述转向装置包括：方向盘6，其配置成能在从中性位置在向左方向和向右方向的每个方向上超过180度的角度范围内旋转；转向机构11，其根据所述方向盘的转向角β使车轮3转向，所述转向角与被转向角α的比率(K＝β/α)是能改变的；以及控制装置15，其用于控制所述转向机构的所述比率，其中，所述控制装置在所述手动驾驶模式下行驶期间将所述比率设定为第一值(例如，9)，并在所述自动驾驶模式下行驶期间将所述比率设定为小于所述第一值的第二值(例如，3)，其中所述第二值设定成使得与所述转向机构规定的所述车轮的最大被转向角对应的所述转向角小于180度。

根据这种配置，在自动驾驶模式下行驶期间，方向盘被防止旋转180度或更多，从而能够防止驾驶员识别的转向角与实际转向角不同。

优选地，在在所述驾驶模式从所述自动驾驶模式切换到所述手动驾驶模式时所述被转向角α不为0的情况下，所述控制装置在所述转向角β不改变的同时改变所述被转向角α，以将所述比率从所述第二值逐渐增大到所述第一值。

在驾驶模式切换后，控制装置需要改变比率。根据以上配置，控制装置可以在转向角不改变的同时，通过作为改变被转向角的结果，逐渐增加比率，将比率从第二值改变到第一值。另外，当驾驶模式切换到手动驾驶模式时，驾驶员很可能正在握持方向盘，但由于控制装置改变了被转向角，因此即使驾驶员正在握持方向盘，也可以改变比率。

优选地，在所述驾驶模式从所述自动驾驶模式切换到所述手动驾驶模式时所述被转向角α不为0的情况下，所述控制装置在所述转向角β改变的同时改变所述被转向角α，以将所述比率从所述第二值逐渐增大到所述第一值。

在驾驶模式切换后，控制装置需要改变比率。根据以上配置，控制装置可以在转向角改变的同时，通过作为改变被转向角的结果，逐渐增加比率，将比率从第二值改变到第一值。另外，在驾驶模式切换到手动驾驶模式后，驾驶员操控方向盘的情况下，控制装置在使车轮沿转向方向转向的同时逐渐增大比率，从而在使车辆沿转向方向转弯的同时能够将比率从第二值改变到第一值。

优选地，在所述驾驶模式从所述手动驾驶模式切换到所述自动驾驶模式时所述被转向角α不为0的情况下，所述控制装置改变所述转向角β，以将所述比率从所述第一值逐渐减少到所述第二值。

在驾驶模式切换后，控制装置需要改变所述比率。根据以上配置，控制装置可以作为改变转向角的结果通过逐渐增加比率，将比率从第二值改变到第一值。另外，当驾驶模式切换到自动驾驶模式时，，驾驶员很可能没有握持方向盘，因此能够通过改变转向角改变比率而不改变行驶轨迹。

另外，为了实现以上目的，本发明的一个实施方式提供一种设置有上述转向装置4的自动驾驶车辆1，所述自动驾驶车辆进一步包括自动转向控制装置4，该自动转向控制装置在所述自动驾驶模式下执行自动转向控制，以通过至少设定所述被转向角的指令值αt来控制转向，其中，当所述驾驶模式从所述手动驾驶模式切换到所述自动驾驶模式时，所述自动转向控制装置从就在所述驾驶模式的切换之前的所述被转向角开始所述自动转向控制。

根据以上配置，即使比率改变时，转向角也不突然改变，并且行驶轨迹也不会突然改变。

优选地，当所述驾驶模式从所述自动驾驶模式切换到所述手动驾驶模式时，所述控制装置15获得所述转向角从目标转向角βt的改变量，通过将所述转向角的所述改变量除以所述第一值获得被转向角校正值αc，并通过将所述被转向角校正值加到所述指令值αt而获得被转向角控制量，所述目标转向角与就在所述驾驶模式的切换之前的所述被转向角的指令值相对应。

当驾驶模式从自动驾驶模式切换到手动驾驶模式时，如果控制装置改变被转向角以对应转向角的绝对值，则车轮的转向方向可能变得与驾驶员的转向方向相反。根据以上配置，能够通过基于如上所述获得的转向角控制量来使车轮转向，使车轮的转向方向与驾驶员的转向方向匹配。

优选地，所述自动驾驶车辆进一步包括显示器36，该显示器指示所选择的驾驶模式。

根据这种配置，驾驶员可以容易地了解车辆是处于自动驾驶还是手动驾驶中，由此驾驶员可以识别比率的差异。

根据上述配置，当驾驶模式从自动驾驶模式切换到手动驾驶模式时，能够防止驾驶员识别的转向角与实际转向角不同。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的转向装置的配置图；

图2是方向盘的前视图；

图3是在自动驾驶模式下方向盘的旋转角范围的说明图；

图4是示出当驾驶模式从自动驾驶模式切换到手动驾驶模式时比率的示例性改变的时间图；

图5是示出当驾驶模式从自动驾驶模式切换到手动驾驶模式时，由于比率的改变而引起的被转向角的示例性改变的时间图；

图6是示出当驾驶模式从手动驾驶模式切换到自动驾驶模式时比率的示例性改变的时间图；以及

图7是车辆的主要部分的功能框图。

具体实施方式

下文中，将描述根据本发明的一个实施方式的用于车辆1的转向装置10。首先，将描述车辆1以及车辆1所具备的自动驾驶功能。如图1中所示，设置有转向装置10的车辆1是一种四轮汽车，具有左右前轮3和左右后轮(图中未显示)。车辆1是一种设置有自动驾驶控制装置4的自动驾驶车辆，该自动驾驶控制装置4通过结合各种车辆控制来执行“2”级或更高级别的自动驾驶控制(下文中，自动驾驶)。自动驾驶控制装置4可以是一种已知类型，其包括CPU，该CPU根据程序执行操作处理，以便自动驾驶控制装置4执行各种类型的车辆控制以进行自动驾驶。

自动驾驶控制装置4经由驾驶模式选择器开关接收来自车辆乘员的开始或结束执行自动驾驶的指令，并因此在自动驾驶模式和手动驾驶模式之间切换驾驶模式。驾驶模式选择器开关可以是布置在车厢内适当位置的机械开关，或者可以是显示在触摸面板上的图形用户界面(GUI)开关，并且可以由导航界面配置。

在自动驾驶模式下，自动驾驶控制装置4进行所有的驾驶操作，包括车辆1的加速、减速和转向；指示灯的操作；对周围环境和乘员的监测等。在手动驾驶模式下，自动驾驶控制装置4不控制车辆1，并且所有的驾驶操作都由驾驶员进行。在自动驾驶模式下，自动驾驶控制装置4至少设定被转向角α的指令值，并执行自动转向控制以控制转向。

车辆1设置有乘员监测装置，该乘员监测装置包括：作为成像装置的内部摄像头5，其可以捕获坐在驾驶座椅中的驾驶员的图像；以及握持传感器7，其检测方向盘6的握持状态。内部摄像头5是例如使用固体成像元件(如CCD或CMOS)的数字摄像头。握持传感器7是这样的传感器，其检测驾驶员是否握持方向盘6并输出表明方向盘6是否被握持的检测信号。握持传感器7优选由例如设置在方向盘6上的静电电容传感器或压电元件构成。

自动驾驶控制装置4基于内部摄像头5捕获的图像(图像捕获结果)来确定驾驶员是否处于异常状态。例如，自动驾驶控制装置4通过使用公知的图像分析方法从捕获的图像中提取驾驶员的面部区域。此外，自动驾驶控制装置4基于从提取的面部区域中提取的各种信息来确定驾驶员是否适当地注意车辆周围环境。另外，在“1”级的自动驾驶期间，自动驾驶控制装置4基于来自握持传感器7的信号检测驾驶员是否握持方向盘6，如果没有，则确定驾驶员没有适当地注意车辆周围环境。

接着，将描述转向装置10。转向装置10是线控转向(SBW)型车辆转向装置。左右前轮3经由各自的转向节9支撑在车身8上(在图1中，只示出了其下部的车轮廓)，使得可以改变被转向角α，并作为转向车轮发挥作用。被转向角α指的是前轮3在平面图中相对于前后方向的角度。转向装置10改变前轮3的被转向角α。

转向装置10包括可旋转地设置在车身8中的方向盘6、使前轮3转向的转向机构11、向转向机构11提供驱动力的转向致动器12以及向方向盘6提供反作用力扭矩T的反作用力致动器13。此外，转向装置10包括控制装置15，该控制装置控制反作用力致动器13和转向致动器12。转向装置10可以构成为冗余系统，该冗余系统包括多个转向致动器12、多个反作用力致动器13以及多个控制装置15。

方向盘6接收由驾驶员进行的转向操作。方向盘6附接到由车身8可旋转地支撑的转向轴18的后端，并与转向轴18一体地旋转。转向轴18由设置在车身8中的转向柱(图中未示出)可旋转地支撑，并且转向轴18的后端从转向柱向后突出。

方向盘6配置成可在从中性位置在向左和向右方向上各超过180度的角度范围内旋转。本实施方式的方向盘6可从中性位置向左和向右旋转约540度。方向盘6的旋转角范围可以由物理止挡件来限定，或者可以由控制止挡件来限定。

反作用力致动器13是电动马达，并经由齿轮与转向轴18联接。当反作用力致动器13被驱动时，驱动力作为旋转力传递到转向轴18。因此，反作用力致动器13在旋转时对方向盘6施加扭矩。根据转向操作从反作用力致动器13施加到方向盘6的扭矩被称为反作用力扭矩T。

转向装置10包括转向角传感器21，该转向角传感器检测转向轴18绕轴线的旋转角度作为转向角β。转向角传感器21可以是公知的旋转编码器。另外，转向装置10还包括扭矩传感器22，该扭矩传感器检测施加到转向轴18的扭矩作为转向扭矩Ts。扭矩传感器22检测施加到转向轴18的在方向盘6和反作用力致动器13之间的部分的转向扭矩Ts。转向扭矩Ts由驾驶员施加到方向盘6的操作扭矩和反作用力致动器13施加到转向轴18的反作用力扭矩T确定。扭矩传感器22可以是公知的扭矩传感器(例如磁致伸缩式扭矩传感器或应变仪)，或者可以是使用基于流经反作用力致动器13的电动马达的电流值的估计值的传感器。

转向装置10包括第一旋转角传感器23，其检测反作用力致动器13的旋转角θ。第一旋转角传感器23可以是公知的旋转变压器或旋转编码器。

转向机构11包括在车辆宽度方向上延伸的齿条轴26。齿条轴26在齿轮箱中(图中未示出)被支撑成在车辆宽度方向上可移动。齿条轴26的左右端部经由相应的拉杆30连接到支撑左右前轮3的相应转向节9。齿条轴26在车辆宽度方向上的移动改变前轮3的被转向角α。转向机构11与方向盘6机械分离。

转向致动器12是电动马达。转向致动器12基于来自控制装置15的信号使齿条轴26在车辆宽度方向上移动，从而改变左右前轮3的被转向角α。因此，转向致动器12可以通过在转向角β不改变时改变前轮3的被转向角α来改变转向角β与被转向角α的比率K(K是角度比，在本实施方式中，对应于虚拟齿轮比)。比率K是由转向角β除以被转向角α得到的(K＝β/α)。

转向装置10包括第二旋转角传感器31，该第二旋转角传感器检测转向致动器12的旋转角θ。第二旋转角传感器31可以是公知的旋转变压器或旋转编码器。另外，转向装置10包括被转向角传感器32，该被转向角传感器检测前轮3的被转向角α。在本实施方式中，被转向角传感器32包括齿条行程传感器，该齿条行程传感器检测齿条位置(齿条轴26在车辆宽度方向上的位置)，并基于齿条位置检测前轮3的被转向角α。

控制装置15是电子控制单元，包括CPU、存储器、存储程序的存储装置等。控制装置15与转向角传感器21、扭矩传感器22、第一旋转角传感器23、第二旋转角传感器31和被转向角传感器32连接。基于来自这些传感器的信号，控制装置15获取与转向角β、转向扭矩Ts、反作用力致动器13的旋转角θ、转向致动器12的旋转角θ和被转向角α相对应的信号。另外，控制装置15与车辆速度传感器33和档位传感器34连接，并从中获取车辆速度V和变速器35的档位SP。

变速器35是改变从安装在车辆1中的行驶驱动源到车轮的动力传递模式的装置。例如，在车辆1安装有内燃机作为行驶驱动源的情况下，变速器35通常包括将驱动力传递模式从内燃机改变到驱动轮的齿轮/皮带传递。另外，在车辆1安装有电动马达作为行驶驱动源的情况下，变速器35通常包括将驱动力传递模式从电动马达改变到驱动轮的动力单元。

在变速器35是自动变速器的情况下，变速器35通常设置有驻车位置“P”、空档位置“N”、行车位置“D”和倒车位置“R”，这些位置可以被选择为表明驱动力传递模式的档位SP。此外，可以设置有用于前进运动的一个或多个编号位置(例如对应于1档(低速)和2档的位置)。在变速器35是手动变速器的情况下，变速器35通常设置有空档位置“N”、多个编号的前进位置(例如对应于1至5档)以及倒车位置“R”。

变速器35的档位SP是通过由驾驶员在切换构件(如变速杆或换档按钮)上进行的切换操作来切换。请注意，换档按钮可以是显示在触摸面板显示器上的功能按钮。档位传感器34获取与驾驶员选择的变速器35的档位SP相对应的信号。包括控制装置15的车辆系统配置成使得只有当变速器35处于驻车位置“P”或空档位置“N”时，才能切换其开启/关闭。

控制装置15与反作用力致动器13和转向致动器12连接，并控制反作用力致动器13和转向致动器12。控制装置15根据转向角β控制转向致动器12，并根据被转向角α控制反作用力致动器13。

下文中，将具体描述由控制装置15进行的控制。首先，将描述手动驾驶模式期间(当自动驾驶控制装置4选择手动驾驶模式时)的控制。基于由转向角传感器21检测到的转向角β，控制装置15计算与转向角β具有预定关系的目标被转向角αt。优选地，控制装置15通过将转向角β除以根据档位SP和车辆速度V预设的比率K来计算目标被转向角αt，例如(αt＝β/K)。比率K被设定为，使得当在低速行驶期间或在以倒车位置“R”行驶期间(在后退移动期间)将方向盘6向左和向右转向约一圈半(约540度)，前轮3的被转向角α变为最大(例如60度)。此时，比率K被设定为第一值。例如，该第一值可以是6至18，在本实施方式中，约为9。

然后，控制装置15基于目标被转向角αt与被转向角α之间的偏差Δα(＝αt-α)计算要供应给转向致动器12的第一电流值A1，以使被转向角α逼近目标被转向角αt。即，控制装置15基于偏差Δα对转向致动器12进行反馈控制。偏差Δα越大，供应给转向致动器12的第一电流值A1就越大，转向致动器12的输出就越大，并且被转向角α的变化速度就越大。

例如，在驾驶员通过操作加速器加速车辆1，同时保持方向盘6的转向角β恒定的情况下，控制装置15使比率K变小，以便随着车辆速度V增加，车轮以较小的被转向角α转向。

控制装置15基于前轮3的转向状态(更具体地说，基于偏差Δα)，计算将由反作用力致动器13产生的目标反作用力扭矩Tt。优选地，目标反作用力扭矩Tt是通过将Δα乘以预定的系数来计算的。然后，基于计算出的目标反作用力扭矩Tt，控制装置15计算要供应给反作用力致动器13的第二电流值A2。优选地，要供应给反作用力致动器13的第二电流值A2是通过参考基于目标反作用力扭矩Tt的预定映射来决定的。注意，在另一个实施方式中，控制装置15可以通过参考基于偏差Δα的预定映射来决定第二电流值A2。随着关于被转向角α的偏差Δα变大，目标反作用力扭矩Tt和第二电流值A2被设定为更大。

控制装置15向反作用力致动器13供应第二电流值A2，以使反作用力致动器13产生驱动力。反作用力致动器13产生的驱动力作为反作用力扭矩T施加到转向轴18，用于对抗驾驶员的操作输入。因此，驾驶员可以经由方向盘6接收对抗转向操作的反作用力(阻力)。

接下来，将描述在自动驾驶期间(当自动驾驶控制装置4选择自动驾驶模式时)由控制装置15执行的控制。控制装置15基于由自动驾驶控制装置4设定的目标被转向角αt和由被转向角传感器32检测到的被转向角α来控制转向致动器12。具体而言，控制装置15基于目标被转向角αt和被转向角α之间的偏差Δα(＝αt-α)计算要供给转向致动器12的第一电流值A1，以使被转向角α逼近目标被转向角αt。

另外，基于由自动驾驶控制装置4设定的目标被转向角αt，控制装置15计算与目标被转向角αt具有预定关系的目标转向角βt。优选地，控制装置15通过将目标被转向角αt乘以预定的比率K(βt＝αt×K)来计算目标转向角βt。此时，比率K被设定为使得在低速行驶期间或在以倒车位置“R”行驶期间(在后退移动期间)，当前轮3的被转向角α变成最大(例如，60度)时，方向盘6的目标转向角βt变成小于180度。此时，比率K被设定为第二值。第二值可以是2到6，例如，在本实施方式中，大约是3。

控制装置15基于目标转向角βt和转向角β之间的偏差Δβ(＝βt-β)计算要供给反作用力执行器13的第二电流值A2，使得由转向角传感器21检测到的转向角β逼近目标转向角βt。即，控制装置15基于偏差Δβ对反作用力执行器13进行反馈控制。

如上所述，控制装置15在手动驾驶模式下行驶期间将比率K设定为第一值(在本实施方式中为9)，并且在自动驾驶模式下行驶期间将比率K设定为小于第一值的第二值(在本实施方式中为3)。更具体而言，第二值被设定成使得对应于由转向机构11确定的前轮3的被转向角α的最大值(最大转向角)的转向角β变得小于180度。因此，在自动驾驶模式下，方向盘6的旋转角范围变成如图3中所示，因此，当驾驶员握持方向盘6时，驾驶员识别的转向角β被防止与实际转向角β不同。同时，由于转向角β的最大值小于180度，并且方向盘6的最大旋转角范围小于360度，因此，当驾驶员握持方向盘6时，驾驶员可以握持方向盘6的适当部分。

图2是方向盘6的前视图。如图2中所示，方向盘6的形状基本上是圆形的，并且配置成使驾驶员可以从轮辐或徽标的方向识别中性位置(即转向角β＝0度的旋转位置)。

方向盘6设置有指示器36。指示器36由发光构件(例如，多个LED)构成，该发光构件布置在可由驾驶员看到的位置。在本实施方式中，指示器36在方向盘6的整个圆周上形成环形形状。在另一个实施方式中，多个LED可以间隔地环形布置。

控制装置15配置成控制指示器36的发光操作。具体而言，控制装置15根据自动驾驶控制装置4选择的驾驶模式来切换指示器36的发光操作。例如，当自动驾驶控制装置4选择手动驾驶模式时，控制装置15可以使指示器36发射红光，并且当自动驾驶控制装置4选择自动驾驶模式时发射蓝光。另外，控制装置15可以使指示器36在驾驶模式切换后的预定时段内发射橙光，以指示模式正在被切换。这里，模式被切换的时段是指从自动驾驶控制装置4切换驾驶模式到控制装置15完成比率K的切换的时段。

图4是示出当驾驶模式从自动驾驶模式切换到手动驾驶模式时比率K的示例性改变的时间图。这个实施例示出了这样的情况：当驾驶模式切换到手动驾驶模式时，前轮3的被转向角α不为0(车辆1正在转弯)，并且在切换驾驶模式后，驾驶员没有操作方向盘6。

如图4中所示，控制装置15在自动驾驶期间将比率K设定为第二值，并且必需根据在时间点t1结束自动驾驶而将比率K改变为第一值。此时，为了避免比率K的快速改变，控制装置15在预定时段内(从时间点t1到时间点t2)将比率K从第二值逐渐增加到第一值。因此，目标被转向角αt逐渐减少。控制装置15通过基于目标被转向角αt驱动转向执行器12来改变前轮3的被转向角α。注意，也可以在在驾驶模式切换到手动驾驶模式的时间点t1前轮3的被转向角α为0(车辆1直行)的情况下进行类似的控制。

如上所述，控制装置15可以通过在转向角β没有改变时，作为改变被转向角α的结果逐渐增加比率K，将比率K从第二值改变到第一值。另外，当驾驶模式切换到手动驾驶模式时，很可能驾驶员在握持方向盘6，但由于控制装置15改变了被转向角α，因此即使驾驶员正在握持方向盘6，比率K也可能改变。

图5是时间图，示出了当驾驶模式从自动驾驶模式切换到手动驾驶模式时，由于比率K的改变而导致的被转向角α的示例性改变。这个实施例示出了这样一种情况，即：当驾驶模式切换到手动驾驶模式时，前轮3的被转向角α不是0(车辆1正在转弯)，并且驾驶员在驾驶模式切换后操作方向盘6。

如图5中所示，控制装置15在自动驾驶期间将比率K设定为第二值，并且必需根据在时间点t11结束自动驾驶而将比率K改变为第一值。此时，为了避免比率K的快速改变，当转向角β由于驾驶员的操作而改变时，控制装置15将比率K从第二值逐渐增加到第一值。因此，目标被转向角αt逐渐减少。控制装置15通过基于目标被转向角αt驱动转向执行器12来改变前轮3的被转向角α。在本实施方式中，比率K随着转向角β的改变而逐渐增加，并在时间点t12达到第一值。请注意，也可以在驾驶模式切换到手动驾驶模式的时间点t11处前轮3的被转向角α为0(车辆1正在直行)的情况下进行类似的控制。另外，图5中所示的控制可以与图4中所示的控制一起进行，或者可以单独进行，而不是图4中所示的控制。

如上所述，控制装置15可以通过在转向角β改变时，作为改变被转向角α的结果而逐渐增加比率K，从而将比率K从第二值改变为第一值。另外，在驾驶模式切换到手动驾驶模式之后，驾驶员正在操控方向盘6的情况下，控制装置15在使前轮3沿转向方向转向的同时逐渐增加比率K，由此能够在使车辆1沿转向方向转弯的同时将比率K从第二值改变为第一值。

图6是示出当驾驶模式从手动驾驶模式切换到自动驾驶模式时比率K的示例性改变的时间图。这个实施例示出了当驾驶模式切换到自动驾驶模式时，前轮3的被转向角α不为0(车辆1正在转弯)的情况。

如图6中所示，控制装置15在手动驾驶期间将比率K设定为第一值，并且必需根据在时间点t21自动驾驶的开始而将比率K改变为第二值。此时，为了避免比率K的快速改变，控制装置15在预定时段内(从时间点t21到时间点t22)将比率K从第一值逐渐减小到第二值。由此，目标转向角βt逐渐减小。控制装置15通过基于目标转向角βt驱动反作用力执行器13来改变方向盘6的转向角β。注意，也可以在驾驶模式切换到手动驾驶模式时前轮3的被转向角α为0(车辆1正在直行)的情况下进行类似的控制。

如上所述，控制装置15可以通过作为改变转向角β的结果逐渐减少比率K来将比率K从第一值改变到第二值。另外，当驾驶模式切换到自动驾驶模式时，驾驶员很可能没有正在握持方向盘6，因此能够通过改变转向角β来改变比率K，而不改变行驶轨迹。

另外，因为控制装置15在预定的时段内将比率K从第一值逐渐减小到第二值，所以可以防止方向盘6快速旋转。这防止在驾驶模式切换到自动驾驶模式后，方向盘6撞到驾驶员的手等。

注意，当驾驶模式从手动驾驶模式切换到自动驾驶模式时，自动驾驶控制装置4从就在切换前的被转向角α(即手动驾驶结束时的被转向角α)开始进行自动转向控制。因此，即使当比率K改变时，前轮3的被转向角α也不会突然改变，行驶轨迹也不会突然改变。

顺便说一下，当自动驾驶控制装置4在自动驾驶模式下进行车辆1的自动行驶控制时检测到驾驶员的超控操作，自动驾驶控制装置4将驾驶模式从自动驾驶模式切换到手动驾驶模式。例如，当驾驶员在自动驾驶期间操作方向盘6时，在对应于由自动驾驶控制装置4设定的目标被转向角αt的目标转向角βt和由转向角传感器21检测到的实际转向角β之间发生偏差。在偏差量(即转向角β从目标转向角βt的改变量)大于预定值的情况下，自动驾驶控制装置4确定存在驾驶员的超控操作，并因此将驾驶模式切换到手动驾驶模式。

请注意，超控检测方法不限于此。例如，自动驾驶控制装置4可以基于扭矩传感器22的检测值(转向扭矩Ts)来确定是否存在超控操作。另选地，自动驾驶控制装置4可以基于握持传感器7的检测值(方向盘6的握持状态)来确定是否存在超控操作。此外，自动驾驶控制装置4可以通过结合基于多个传感器(例如转向角传感器21、扭矩传感器22、握持传感器7等)的输出的确定来确定是否存在超控操作。

当驾驶模式从自动驾驶模式切换到手动驾驶模式时，如果控制装置15改变被转向角α以便与转向角β的绝对值相对应，则前轮3的转向方向可能变得与驾驶员的转向方向相反。因此，本实施方式的车辆1中进行以下控制。

图7是车辆1的主要部分的功能框图。如图7中所示，自动驾驶控制装置4作用成执行自动转向控制的自动转向控制装置，并配备有自动转向控制单元41。自动转向控制单元41基于车辆速度V、外部环境摄像头获取的信息、地图信息等，计算目标被转向角αt(自动驾驶的被转向角α的指令值)。控制装置15配备有用于手动驾驶(即用于第一值)的比率映射42。控制装置15根据车辆速度V从比率映射42中提取第一值，并将转向角β从目标转向角βt的改变量除以第一值，从而计算出由于超控而产生的被转向角校正值αc。控制装置15包括加法器43，该加法器中被转向角校正值αc被加到由自动转向控制单元41计算的目标被转向角αt以校正目标被转向角αt，并且校正的目标被转向角αt被用作被转向角控制量。

如上所述，当驾驶模式从自动驾驶模式切换到手动驾驶模式时，控制装置15通过将转向角β从对应于目标被转向角αt(就在驾驶模式的切换前的被转向角α的指令值)的目标转向角βt的改变量除以第一值，获得用于超控的被转向角校正值αc，并将被转向角校正值αc加到目标被转向角αt，以获得被转向角控制量。由此，前轮3的转向方向与驾驶员的转向方向匹配。

如上所述，本实施方式的车辆1设置有指示器36作为指示所选驾驶模式的显示器。因此，驾驶员可以容易地了解车辆1是处于自动驾驶还是处于手动驾驶中，由此驾驶员可以识别比率K的差异。

前面已经描述了本发明的一个具体实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，并且可以以各种方式进行变型或变更。例如，在以上实施方式中，可以改变转向角β与被转向角α之间的比率K的转向机构11是线控转向型的。然而，在另一个实施方式中，能够将方向盘6与转向机构11进行机械联接，并在两者之间提供可变齿轮比机构，以构成可变齿轮比转向(VGS)。还能够将转向机构11配置为主动前轮转向(AFS)。此外，在本发明的范围内，各构件或部分的具体结构、布置、数量、角度等以及具体程序都可以适当改变。另外，以上实施方式中所示的部件不一定都是不可缺少的，可以根据情况有选择地采用这些部件。

Claims (7)

1.一种用于自动驾驶车辆的转向装置，所述转向装置能够在手动驾驶模式和自动驾驶模式之间切换驾驶模式，所述转向装置包括：

方向盘，其配置成能在从中性位置在向左方向和向右方向的每个方向上超过180度的角度范围内旋转；

转向机构，其根据所述方向盘的转向角使车轮转向，所述转向角与被转向角的比率是能改变的；以及

控制装置，其用于控制所述转向机构的所述比率，

其中，所述控制装置在所述手动驾驶模式下行驶期间将所述比率设定为第一值，并在所述自动驾驶模式下行驶期间将所述比率设定为小于所述第一值的第二值，其中所述第二值设定成使得与所述转向机构规定的所述车轮的最大被转向角对应的所述转向角小于180度。

2.根据权利要求1所述的转向装置，其中，在所述驾驶模式从所述自动驾驶模式切换到所述手动驾驶模式时所述被转向角不为0的情况下，所述控制装置在所述转向角不改变的同时改变所述被转向角，以将所述比率从所述第二值逐渐增大到所述第一值。

3.根据权利要求1或2所述的转向装置，其中，在所述驾驶模式从所述自动驾驶模式切换到所述手动驾驶模式时所述被转向角不为0的情况下，所述控制装置在所述转向角改变的同时改变所述被转向角，以将所述比率从所述第二值逐渐增大到所述第一值。

4.根据权利要求1或2所述的转向装置，其中，在所述驾驶模式从所述手动驾驶模式切换到所述自动驾驶模式时所述被转向角不为0的情况下，所述控制装置改变所述转向角，以将所述比率从所述第一值逐渐减少到所述第二值。

5.一种自动驾驶车辆，所述自动驾驶车辆设置有根据权利要求4所述的转向装置，所述自动驾驶车辆进一步包括自动转向控制装置，该自动转向控制装置在所述自动驾驶模式下执行自动转向控制，以通过至少设定所述被转向角的指令值来控制转向，

其中，当所述驾驶模式从所述手动驾驶模式切换到所述自动驾驶模式时，所述自动转向控制装置从就在所述驾驶模式的切换之前的所述被转向角开始所述自动转向控制。

6.根据权利要求5所述的自动驾驶车辆，其中，当所述驾驶模式从所述自动驾驶模式切换到所述手动驾驶模式时，所述控制装置获得所述转向角从目标转向角的改变量，通过将所述转向角的所述改变量除以所述第一值获得被转向角校正值，并通过将所述被转向角校正值加到所述指令值而获得被转向角控制量，所述目标转向角与就在所述驾驶模式的切换之前的所述被转向角的指令值相对应。

7.根据权利要求5或6所述的自动驾驶车辆，该自动驾驶车辆进一步包括显示器，该显示器指示所选择的驾驶模式。