CN117320948A - 车辆用转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明的车辆用转向系统包括：运算用于使车辆接近目标行驶路线的转向控制量的转向控制量运算部(10)；检测车辆的横向加速度的横向加速度检测部(2)；基于横向加速度运算将横向加速度限制为横向加速度限制值那样的转向控制量限制值的转向控制量限制值运算部(12)；至少基于横向加速度判定转向控制量限制有效、无效的限制判定部(11)；以及在限制判定部(11)判定为限制有效的情况下基于转向控制量限制值限制转向控制量的转向控制量限制部(13)。

Description

车辆用转向系统

技术领域

本申请涉及车辆用转向系统，特别涉及对转向操作进行辅助以使车辆跟随目标行驶路线行驶的车辆用转向系统。

背景技术

以往，已知有对转向轮进行转向辅助或自动转向以使车辆跟随所期望的目标行驶路线行驶的技术。

例如，第一，如专利文献1所示，有使用安装在车辆前方的摄像头识别道路的白线，从而进行转向控制以使车辆在车道中央行驶的技术(以下称为车道保持系统)。第二，如专利文献2所示，有利用卫星信息掌握本车位置、驾驶员预先设定的目标地点、地图数据等从而运算目标轨迹，以跟随该目标轨迹的方式进行转向控制的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2015-13545号公报

专利文献2：日本专利特开2005-67484号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在专利文献1、2所记载的现有的车辆用转向系统中，为了以跟随基于摄像头或卫星信息的目标行驶路线的方式进行转向辅助，车辆用转向系统根据目标行驶路线进行急转向，车辆的横向加速度变大，存在给驾驶者带来不安全感或不舒适感的问题。特别是，例如在对摄像头或卫星信息进行误识别、从而车辆用转向系统以及驾驶员使车辆向不期望的方向转向的情况下，给驾驶员带来的不安全感、不舒适感显著。

本申请是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于提供一种减轻驾驶者的不安全感、不舒适感引起的驾驶者的负担的车辆用转向系统。

解决技术问题的技术方案

本申请公开的车辆用转向系统包括：转向控制量运算部，该转向控制量运算部运算用于使车辆接近目标行驶路线的转向控制量；横向加速度检测部，该横向加速度检测部检测车辆的横向加速度；转向控制量限制值运算部，该转向控制量限制值运算部基于横向加速度运算将横向加速度限制为横向加速度限制值那样的转向控制量限制值；限制判定部，该限制判定部至少基于横向加速度判定转向控制量限制有效、无效；以及转向控制量限制部，该转向控制量限制部在限制判定部判定为限制有效的情况下基于转向控制量限制值限制转向控制量。

发明效果

根据本申请公开的车辆用转向系统，运算将车辆的横向加速度限制为横向加速度限制值那样的转向控制量限制值，基于转向控制量限制值限制转向控制量，因此，能够不依赖于车辆的偏差或行驶路径的斜面角等行驶环境而一律限制由系统产生的车辆的横向角速度，从而能够减轻因驾驶者的不安全感、不舒适感而引起的驾驶者的负担。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的车辆用转向系统的功能框图。

图2是表示实施方式1所涉及的车辆用转向系统中的车辆用转向装置的硬件结构的图。

图3是说明实施方式1所涉及的车辆用转向系统中的转向控制量限制值运算部的动作的流程图。

图4是表示实施方式2所涉及的车辆用转向系统的功能框图。

图5是说明实施方式2所涉及的车辆用转向系统中的转向控制量限制值运算部的动作的流程图。

图6是表示实施方式1的变形例即车辆用转向系统的功能框图。

图7是表示实施方式2的变形例即车辆用转向系统的功能框图。

具体实施方式

实施方式1.

以下，根据实施方式使用附图说明本申请公开的车辆用转向系统。

图1是表示本实施方式1所涉及的车辆用转向系统的结构的功能框图。如图1所示，车辆用转向系统包括：车辆用转向装置1(以下有时称为“转向装置1”)、横向加速度检测部2、行驶路径识别部3以及转向用致动器4。另外，在以下的说明中，将搭载有转向装置1的车辆称为“本车辆”。

转向装置1包括转向控制量运算部10、限制判定部11、转向控制量限制值运算部12、转向控制量限制部13，由横向加速度检测部2检测出的横向加速度被输入到限制判定部11、转向控制量限制值运算部12，由行驶路径识别部3检测出的行驶路径信息被输入到转向控制量运算部10，输出转向控制量。这里，转向装置1也可以具有一般电动助力转向装置的控制功能。

横向加速度检测部2例如是横向G传感器，检测本车辆的横向加速度，并向转向装置1输出。另外，横向加速度检测部2也可以检测本车辆的偏航率和车速，将偏航率和车速的值输出作为横向加速度，其检测方法不受限制。

行驶路径识别部3例如是拍摄车辆的前方图像的摄像头，根据拍摄图像识别前方的行驶路径的例如车道外侧线、车道边界线、车道中央线等车道边界线。然后，根据本车辆坐标系中的车道边界线的位置，识别本车辆行驶的行驶车道，作为行驶道路信息向转向装置1输出。本车辆坐标系是以在本车辆上获取的基点为中心的坐标系。

转向用致动器4产生相当于从转向装置1输入的转向控制量的目标转矩即转向用动力(驱动转矩)，对本车辆的转向轮进行转向。转向用致动器4例如可以使用电动助力转向的电动机或油压电动机，电动机的种类不特别限定，可以使用直流电动机或交流电动机。

接着，对转向装置1的内部结构进行说明。

转向控制量运算部10根据本车辆坐标系中的行驶路径信息，在行驶路径内设定作为用于使车辆跟随行驶路径而行驶的目标的目标行驶路线，输出用于使本车辆跟随目标行驶路线的转向控制量。

这里，目标行驶路线例如在本车辆坐标系中的从右侧的车道边界线离开规定距离(例如行驶道路宽度的1/2)的位置、即行驶车道的中央设定目标行驶路线。另外，规定的距离也可以根据驾驶员的喜好、周边环境等适当变更。另外，转向控制量运算部10的转向控制量的计算方法在以跟随所期望的目标行驶路线行驶的方式对转向轮进行转向辅助或自动转向的技术中是公知的，例如，只要将日本专利第6012824号公报中公开的用于驱动转向用致动器的目标转矩作为转向控制量即可，与其手段无关。

限制判定部11通过将本车辆的横向加速度与预先设定的任意横向加速度限制值作比较，判定转向控制量有无限制，作为限制判定标志输出给转向控制量限制值运算部12。限制判定标志至少在本车辆的横向加速度为横向加速度限制值以上的情况下将限制判定标志设定为有限制，至少在本车辆的横向加速度小于横向加速度限制值的情况下将限制判定标志设定为无限制。

这里，在有无限制的判定中使用的横向加速度限制值与后述的转向控制量限制值运算部12中的转向控制量限制值的运算中使用的横向加速度限制值相同，但也可以分别设定不同的值。另外，也可以将判定有限制和无限制的横向加速度限制值分别设定为不同的值，设置滞后。

另外，也可以不仅仅基于本车辆的横向加速度进行判定，而是根据转向控制量限制值运算部12中的转向控制量限制值与转向控制量的大小关系进行判定。在这种情况下，例如限制判定部可以如下判定限制判定标志。

(a)在本车辆的横向加速度在横向加速度限制值以上且转向控制量限制值大于转向控制量的情况下，限制判定标志输出有限制。

(b)在转向控制量限制值小于转向控制量的情况下，限制判定标志输出无限制。

(c)在上述以外的情况下，限制判定标志保持上次的输出值。

通过进行以上的判定，即使在本车辆的横向加速度为横向加速度限制值以下的情况下，转向控制量限制值也减少，在与转向控制量的值一致之前继续输出有限制，因此能够抑制相当于从有限制切换为无限制时的转向控制量限制值与转向控制量的差异的转向控制量的变动，有助于减轻驾驶员的不安全感、不舒适感引起的对驾驶员的负担。

转向控制量限制值运算部12根据输入的横向加速度、转向控制量以及限制判定标志，运算使本车辆产生的横向加速度成为预先设定的任意横向加速度限制值以下的转向控制量限制值，并输出到转向控制量限制部13。

转向控制量限制部13基于输入的转向控制量以及转向控制量限制值，将转向控制量限制为转向控制量限制值以下，并输出到转向用致动器4。

在图2中，示出了图1所示的转向装置1的各模块(转向控制量运算部10、限制判定部11、转向控制量限制值运算部12以及转向控制量限制部13)表示使用CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)、DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)等处理器构成的情况下的硬件结构。该情况下，转向装置1的各模块的功能由软件等(软件、固件、或软件和固件)的组合来实现。软件等以程序的形式来表述，并存储在存储器103(存储装置)中。

接口(I/F)101进行与行驶路径识别部3等外部装置的信号的输入输出控制。图2仅示出了经由I/F 101连接转向用致动器4的结构。

CPU 102根据存储在存储器103中的程序执行各种处理，实现转向装置1的各模块的功能。这些I/F 101、CPU 102、存储器103彼此总线连接。

图3是用于说明转向控制量限制部12的动作的流程图。

首先，在步骤S101中，转向控制量限制值运算部12读取横向加速度检测部2输出的横向加速度、转向控制量运算部10输出的转向控制量以及限制判定部11输出的限制判定标志。

接着，在步骤S102中，进行基于限制判定标志的条件分支判定，在限制判定标志具有限制的情况下前进至步骤S103，除此以外的情况下前进至步骤S104。

在步骤S103中，进一步进行基于控制判定标志的条件分支判定，在限制判定标志从无限制变为有限制的情况下，即从本车辆的横向加速度从小于任意的横向加速度限制值的值起达到横向加速度限制值的情况下，前进至步骤S105，除此以外的情况下，前进至S106。

在步骤S104至步骤S106中，运算与各个限制判定标志对应的转向控制量限制值。

在步骤S104中，由于限制判定标志表示无限制，即本车辆的横向加速度小于横向加速度限制值，处于不需要限制转向控制量的状态，因此转向控制量限制值清零为在转向控制量限制部13中转向控制量不被限制的值，例如，比车辆用转向系统能够获取的转向控制量要大的值。另外，只要是在转向控制量限制部13中转向控制量不被限制的值即可，其设定值不受限制。

在步骤S105中，在限制判定标志从无限制变为有限制的情况下，即从本车辆的横向加速度小于任意的横向加速度限制值的值起达到横向加速度限制值的情况下，将转向控制量限制值设定为转向控制量，以使本车辆的横向加速度不进一步增大。换言之，可以说将转向控制量限制值设定为本车辆的横向加速度相当于横向加速度限制值的转向控制量。

在步骤S106中，由于限制判定标志为有限制的状态，是想要继续限制本车辆的横向加速度的状态，因此转向控制量限制值保持上次值，即保持在步骤S105的时刻设定的值。通过步骤S105以及步骤S106来保持本车辆的横向加速度达到横向加速度限制值的时刻的转向控制量，从而能够防止本车辆的横向加速度进一步增大。

如上所述，运算将车辆的横向加速度限制为横向加速度限制值那样的转向控制量限制值，基于转向控制量限制值限制转向控制量，因此能够不依赖于车辆的偏差或行驶路径的斜面角等行驶环境而一律限制由系统产生的车辆的横向角速度，从而能够减轻因驾驶者的不安全感、不舒适感而引起的驾驶者的负担。

另外，为了限制车辆用转向系统的转向控制量，容易在限制前后使转向控制量成为连续的动作，横向加速度也不会不连续，有助于减轻驾驶员的不安全感、不舒适感引起的对驾驶员的负担。

实施方式2.

在实施方式1中，在转向控制量限制值运算部12中，将转向控制量限制值设定为保持本车辆的横向加速度达到横向加速度限制值的时刻的转向控制量，由此将本车辆的横向加速度限制为任意的横向加速度限制值以下。

与此相对，在本实施方式2中，说明具备根据横向加速度限制值和本车辆的横向加速度的偏差来运算转向控制量限制值的转向控制量限制值运算部12a的使用了车辆用转向装置1a的车辆用转向系统。

图4是表示本实施方式2中的车辆用转向系统的结构的功能框图，标注了与实施方式1相同的标号的部分是与此相同或相当的部分。

车辆用转向装置1a中的转向控制量限制值运算部12a包括偏差运算器120、积分器121、增益乘法器122，由横向加速度检测部2检测出的横向加速度被输入到偏差运算器120，由限制判定部11运算的限制判定标志及由转向控制量运算部10运算的转向控制量分别被输入到积分器121，运算使本车辆产生的横向加速度成为任意设定的横向加速度限制值以下的转向控制量限制值，并输出到转向控制量限制部13。

接着，对转向控制量限制值运算部12a的内部结构进行说明。

偏差运算器15基于横向加速度，运算任意的横向加速度限制值和横向加速度的绝对值的偏差，作为横向加速度偏差输出到积分器121。

积分器121基于限制判定标志、转向控制量以及横向加速度偏差，运算并输出与限制判定标志对应的横向加速度积分值。

增益乘法器122将预先设定的任意增益与横向加速度积分值相乘，输出作为转向控制量限制值。这里，相乘的增益也可以是能够根据本车辆的车速而变更的值，在该情况下，例如也可以参照与检测出的本车辆的车速对应的映射来获取增益。具有作为通过积分器121、增益乘法器122放大偏差运算器120的输出的偏差放大器123的功能。

图5表示说明转向控制量限制值运算部12a的动作的流程图。

首先，在步骤S201中，转向控制量限制值运算部12a读取横向加速度检测部2输出的横向加速度、转向控制量运算部输出的转向控制量以及限制判定部11输出的限制判定标志。

接着，在步骤S202中，执行偏差运算器15中的运算，如下述式(1)所示，将横向加速度限制值和横向加速度的绝对值的偏差运算为横向加速度偏差。

dGy＝Gy_limit-|Gy|·····(1)

其中，

dGy：横向加速度偏差

Gy_limit：横向加速度限制值

Gy：横向加速度

接着，在步骤S203至步骤S206中，执行积分器121中的运算。

首先，在步骤S203中，进行基于限制判定标志的条件分支判定，在限制判定标志有限制的情况下，即本车辆的横向加速度为横向加速度限制值以上的情况下，前进至步骤S204，除此以外的情况下，前进至步骤S205。

在步骤S204中，通过下述式(2)的横向加速度积分值运算(A)来运算横向加速度积分值。

I_Gy＝I_Gy上次值+dGy×dT……(2)

其中，

I_Gy：横向加速度积分值

dT：积分运算周期

Gy_limit：横向加速度限制值

Gy：横向加速度

在步骤S205中，通过下述式(3)的横向加速度积分值运算(B)来运算横向加速度积分值。即，通过将横向加速度积分值设定为转向控制量限制值相当于转向控制量的值，在控制判定标志为无限制的情况下，在转向控制量限制部13中转向控制量不被限制，另外，控制判定标志从无限制变为有限制，在开始转向控制量的限制的情况下，转向控制量限制值相对于转向控制量不连续，能够防止转向控制量不连续。

I_Gy＝Q_ctr/KI·····(3)

其中，

I_Gy：横向加速度积分值

Q_ctr：转向控制量

KI：增益

接着，在步骤S206中，利用下述式(4)执行增益乘法器122中的运算，将横向加速度积分值乘以预先设定的任意增益，作为转向控制量限制值进行运算。

Q_limit＝KI×I_Gy·····(4)

其中，

Q_limit：转向控制量限制值

如上所述，在本车辆的横向加速度大于横向加速度限制值的情况下，基于横向加速度限制值和横向加速度的偏差来调整转向控制量限制值，因此，与实施方式1中保持转向控制量限制值的情况相比，对于车辆的偏差或行驶路径的斜面角等行驶环境的变化，也能够更高精度地限制车辆的横向加速度，因此，能够提高不依赖于车辆的偏差或行驶路径的斜面角等行驶环境而减轻驾驶员的不安全感、不舒适感引起的驾驶员的负担的效果。

这里，在本实施方式2中，转向控制量限制值运算部12a是仅基于作为横向加速度限制值与横向加速度绝对值的偏差的横向加速度偏差的积分要素来运算转向控制量限制值的结构，但也可以是加入横向加速度偏差的比例要素、微分要素的结构，例如在加入比例要素的情况下，能够提高对横向加速度限制值的跟随性。在加入比例要素的情况下，可以将步骤S205中的式(3)的横向加速度积分值的复位处理置换为下述式(5)，将步骤S206中的式(4)的增益乘法处理置换为下述式(6)。

I_Gy＝Q_ctr/KI-KP×dGy·····(5)

其中，

KP：比例要素增益

Q_limit＝KI×I_Gy+KP×dGy·····(6)

另外，在实施方式1和实施方式2中，使用摄像头作为行驶路识别部3，通过摄像头识别前方的行驶路径，但也可以通过摄像头以外的手段识别行驶路径，可以得到与本实施方式所示的车辆用转向装置相同的效果。例如，也可以构成为基于从可通信的卫星接收到的车辆的本车位置和地图信息，识别车辆前方的行驶路径，或者，也可以构成为基于由雷达、摄像头等获取到的行驶于前方的车辆的轨迹，识别前方的行驶路径，与其手段无关。

＜实施方式的变形例＞

另外，转向控制量是用于驱动转向用致动器4的例如目标转矩(驱动转矩)，但也可以是用于对车辆跟随目标行驶路线行驶的车辆进行转向的目标转向角。

这种情况下的表示本实施方式1所涉及的车辆用转向系统的结构的功能框图例如如图6所示，转向控制量限制值运算部12以及转向控制量限制部13中的转向控制量以及转向控制量限制值也分别成为目标转向角、目标转向角限制值。另外，在这种情况下，构成为包含转向角检测部5、转向角控制部14，在转向角检测部5中检测本车辆的转向角并输出到转向角控制部14，在转向角控制部14中，基于从转向控制量限制部13输入的转向控制量、即目标转向角和从转向角检测部5输入的转向角，运算本车辆的转向角跟随目标转向角那样的目标转矩(驱动转矩)，并输出到转向用致动器4。

这里，转向角控制部14中的目标转矩(驱动转矩)的运算可以通过基于目标转向角与转向角的偏差的比例要素、积分要素等的公知的控制方法来进行，与其运算手段无关。通过这样的结构，在转向控制量限制值运算部12中，通过保持本车辆的横向加速度达到横向加速度限制值的时刻的转向控制量即转向角，与实施方式1同样，能够防止本车辆的横向加速度进一步增大，即能够将本车辆的横向加速度限制为横向加速度限制值。

另外，表示这种情况下的本实施方式2所涉及的车辆用转向系统的结构的功能框图例如如图7所示，与图6同样成为包含转向角检测部5、转向角控制部14的结构。

通过这样的结构，在转向控制量限制值运算部12a中，在本车辆横向加速度大于横向加速度限制值的情况下，通过基于横向加速度限制值和横向加速度的偏差来调整转向控制量即转向角，与实施方式2同样，能够防止本车辆的横向加速度进一步增大，即能够更高精度地将本车辆的横向加速度限制为横向加速度限制值。

虽然本申请记载了各种示例性实施方式和实施例，但是在一个或多个实施方式中记载的各种特征、方式和功能不限于特定实施方式的应用，可以单独地或以各种组合来应用于实施方式。

因此，可以认为未例示的无数变形例也包含在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，设为包含对至少一个构成要素进行变形、追加或省略的情况，以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。

标号说明

1转向装置，2横向加速度检测部，3行驶路径识别部，4转向用致动器，5转向角检测部，10转向控制量运算部，11限制判定部，12转向控制量限制值运算部，13转向控制量限制部，14转向角控制部。

Claims (8)

1.一种车辆用转向系统，该车辆用转向系统对转向操作进行辅助以使车辆跟随目标行驶路线行驶，所述车辆用转向系统的特征在于，包括：

转向控制量运算部，该转向控制量运算部运算用于使所述车辆接近所述目标行驶路线的转向控制量；

横向加速度检测部，该横向加速度检测部检测车辆的横向加速度；

转向控制量限制值运算部，该转向控制量限制值运算部基于所述横向加速度运算将横向加速度限制为横向加速度限制值那样的转向控制量限制值；

限制判定部，该限制判定部至少基于所述横向加速度判定转向控制量限制有效、无效；以及

转向控制量限制部，该转向控制量限制部在所述限制判定部判定为限制有效的情况下基于所述转向控制量限制值限制转向控制量。

2.如权利要求1所述的车辆用转向系统，其特征在于，

所述限制判定部至少基于所述横向加速度、所述转向控制量限制值判定转向控制量限制有效、无效。

3.如权利要求1所述的车辆用转向系统，其特征在于，

所述转向控制量限制值运算部将所述横向加速度达到所述横向加速度限制值的时刻的转向控制量作为转向控制量限制值。

4.如权利要求1至3中任一项所述的车辆用转向系统，其特征在于，

所述转向控制量限制值运算部包括：

偏差运算器，该偏差运算器运算所述横向加速度限制值与所述横向加速度之间的偏差；以及

偏差放大器，该偏差放大器放大所述偏差运算器的输出，

所述转向控制量限制值运算部基于所述偏差放大器的输出运算所述转向控制量限制值。

5.如权利要求4所述的车辆用转向系统，其特征在于，

所述偏差放大器至少包含对所述偏差运算器的输出进行积分的积分器。

6.如权利要求5所述的车辆用转向系统，其特征在于，

所述偏差放大器在所述限制判定部判定为限制无效的情况下，将所述积分器的积分要素设定为转向控制量限制值与转向控制量一致的值。

7.如权利要求1至6中任一项所述的车辆用转向系统，其特征在于，

包括对车辆的转向轮进行转向的转向用致动器，

所述转向控制量是所述转向用致动器的驱动转矩，

所述转向控制量限制值运算部运算的转向控制量限制值是驱动转矩限制值，

所述转向控制量限制部将所述转向用致动器的所述驱动转矩限制为所述驱动转矩限制值。

8.如权利要求1至6中任一项所述的车辆用转向系统，其特征在于，包括：

转向角检测部，该转向角检测部检测车辆的转向轮的转向角；

转向用致动器，该转向用致动器对车辆的转向轮进行转向；以及

转向角控制部，该转向角控制部驱动转向用致动器，使得所述转向控制量是所述车辆的目标转向角，使所述转向角跟随所述目标转向角，

所述转向控制量限制值运算部运算的转向控制量限制值是目标转向角限制值，

所述转向控制量限制部将所述目标转向角限制为目标转向角限制值。