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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für die Servolenkung eines Fahrzeugs (Fahrzeugservolenkungssteuerungsvorrichtung) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welche in geeigneter Weise ein Hilfsdrehmoment beziehungsweise Unterstützungsdrehmoment für ein Lenkdrehmoment eines Fahrers steuert, wenn sich vorne in Fahrtrichtung gesehen ein Hindernis befindet.ln jüngerer Zeit sind verschiedene Fahrtunterstützungsvorrichtungen für Fahrzeuge vorgeschlagen worden, die dazu dienen, ein Hindernis vor einem Subjektfahrzeug, im Folgenden auch Hindernis oder Fronthindernis genannt, zu detektieren, um eine Kollision mit dem Hindernis vor dem Fahrzeug zu vermeiden. Im Allgemeinen werden eine Bremsbetätigung und eine Lenkbetätigung ausgeführt, um eine Kollision mit dem Hindernis vor dem Fahrzeug zu vermeiden. Beispielsweise beschreibt die gattungsbildende
JP 2009-137344 A eine Lenkkraftsteuervorrichtung als eine Technologie zum Vermeiden der Kollision mit dem vor dem Fahrzeug liegenden Hindernis durch einen Lenkvorgang. Wenn ein Objekt vor einem Fahrzeug detektiert wird und ein Risikograd (Kehrwert einer Erlaubniszeit) ein Risiko ersten Grades oder höher ist, werden ein erster Korrekturfaktor für ein Basisunterstützungsdrehmoment, basierend auf einem Lenkbetätigungszustand eines Fahrers, und ein zweiter Korrekturfaktor für ein Verhaltensstabilisationsunterstützungsdrehmoment, basierend auf einem Fahrzeugverhalten, erhöht und dann wird ein gesamtes Unterstützungsdrehmoment berechnet, so dass der Fahrer leicht einen Lenkvorgang zum Vermeiden der Kollision durchführen kann mit einem geringen Lenkdrehmoment.
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Wenn der Fahrer einen Lenkvorgang zum Ausweichen des vor dem Fahrzeug liegenden Hindernisses durchführt, kann das Fahrzeug instabil werden und eine gefährliche Situation kann auftreten, nachdem der Fahrer den Lenkvorgang durchführt, um dem Hindernis auszuweichen, da der Lenkvorgang zum Vermeiden der Kollision exzessiv ist. Gemäß der in der
JP 2009-137344 A beschriebenen Technologie wird das oben beschriebene Fahrzeugverhalten unterdrückt durch das Verhaltensstabilisationsunterstützungsdrehmoment, basierend auf dem Fahrzeugverhalten. Die Korrektur wird jedoch nur durchgeführt in einem ansteigenden Bereich des Unterstützungsdrehmoments. Ein übermäßiges Lenken durch den Fahrer kann daher nicht verhindert werden, wodurch eine effektive Maßnahme nicht ergriffen werden kann.
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Die
DE 10 2008 040 241 A1 und die
DE 10 2008 016 377 A1 lehren jeweils, im Falle eines detektierten Fronthindernisses und eines von einem Fahrer eingeleiteten Ausweichmanövers einen Lenkaktuator so anzusteuern, dass durch ein aufgebrachtes Zusatzmoment das Fahrzeug einer Ausweichtrajektorie folgt.
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Ausgehend von der
JP 2009-137344 A liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugservolenkungssteuerungsvorrichtung bereitzustellen, welche in geeigneter Weise ein Unterstützungsdrehmoment steuert, wenn sich ein Hindernis vor dem Fahrzeug befindet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Fahrzeugservolenkungssteuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus Patentanspruch 2.
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Die erfindungsgemäße Steuerung des Unterstützungsdrehmoments trägt dazu bei, dass Sicherheit und Zuverlässigkeit erhöht werden.
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Die Steuerungsvorrichtung für eine Servolenkung eines Fahrzeugs (Fahrzeugservolenkungssteuerungsvorrichtung) gemäß der vorliegenden Erfindung sagt in geeigneter Art und Weise eine Reihe von Lenkzuständen voraus zum Ausweichen eines Hindernisses vor dem Fahrzeug durch einen Lenkvorgang eines Fahrers und wählt in geeigneter Art und Weise ein Unterstützungsdrehmoment zu einem Lenkdrehmoment des Fahrers, das erzeugt wird von dem Zeitpunkt, wenn der Lenkvorgang zum Ausweichen des vor dem Fahrzeug liegenden Hindernisses durchgeführt wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ausweichvorgang bezüglich des Hindernisses beendet ist, um hierdurch die Sicherheit und Zuverlässigkeit zu erhöhen.
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Die Erfindung wird im Folgenden weiter verdeutlicht anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnungen, in denen
- 1 eine beispielhafte Ansicht ist, die einen Aufbau eines Lenksystems eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
- 2 ein Flussdiagramm ist, das ein Steuerungsprogramm für eine Servolenkung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
- 3 eine beispielhafte Ansicht ist, die ein Beispiel einer Charakteristik eines Basisunterstützungsdrehmoments gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
- 4 eine beispielhafte Ansicht ist, die einen Überdeckungsgrad gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
- 5 eine charakteristische Ansicht eines Unterstützungsdrehmomentkorrekturwertes gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
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In 1 weist eine elektrische Servolenkungsvorrichtung 1 eine Lenkwelle 2 auf, die über eine Lenksäule 3 durch einen nicht dargestellten Karosserierahmen so gelagert wird, dass sie drehbar ist. Ein Ende der Lenkwelle 2 erstreckt sich zu einem Fahrersitz hin, während das andere Ende hiervon sich zu einem Motorraum hin erstreckt. Ein Lenkrad 4 ist an dem einen Ende der Lenkwelle 2 auf der dem Fahrersitz zugewandten Seite angeordnet, während eine Ritzelwelle 5 mit einem Ende verbunden ist, das sich zu dem Motorraum hin erstreckt.
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In dem Motorraum ist ein in Breitenrichtung des Fahrzeugs erstreckendes Lenkgetriebegehäuse 6 angeordnet. Eine Zahnstange 7 ist in das Lenkgetriebegehäuse 6 eingefügt und durch dieses so gelagert, dass es sich hin- und herbewegen kann. Ein Zahnrad (nicht dargestellt), das auf der Ritzelwelle 5 ausgebildet ist, kämmt mit einer Verzahnung (nicht gezeigt), die auf der Zahnstange 7 ausgebildet ist, wodurch ein Lenkgetriebemechanismus mit Zahnstangenantrieb ausgebildet ist.
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Das linke und rechte Ende der Zahnstange 7 stehen von den Enden des Lenkgetriebegehäuses 6 hervor und an jedem dieser Enden ist ein vorderer Lenkhebel 9 über eine Zugstange 8 verbunden. Die vorderen Lenkhebel 9 halten ein linkes Rad 10L und ein rechtes Rad 10R, die als gelenkte Räder dienen, so dass diese einschlagbar sind, und werden von dem Karosserierahmen über einen Achsschenkelbolzen (nicht gezeigt) so gehalten, dass sie steuerbar sind.
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Wenn das Lenkrad 4 betätigt wird, um die Lenkwelle 2 und die Ritzelwelle 5 zu drehen, verschiebt sie daher die Zahnstange 7 in seitlicher Richtung in Folge der Rotation der Ritzelwelle 5, wodurch die vorderen Lenkhebel 9 um den Achsschenkelbolzen (nicht gezeigt) durch diese Bewegung verschwenken, was das linke Rad 10L und das rechte Rad 10R in seitlicher Richtung steuert.
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Ein Elektromotor 12 ist mit der Ritzelwelle 5 über einen Unterstützungsübertragungsmechanismus 11 verbunden. Der Elektromotor 12 unterstützt ein auf das Lenkrad 4 aufgebrachtes Lenkdrehmoment. Der Elektromotor 12 wird gesteuert und angetrieben durch eine Motoransteuereinheit 21 mit einer Steuergröße (in der vorliegenden Ausführungsform, mit einem Unterstützungsdrehmoment Ta), die in einer nachfolgend beschriebenen Lenksteuereinheit 20 gewählt wird. Die Steuergröße kann ein aktueller Wert sein, der dem Unterstützungsdrehmoment Ta entspricht.
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Mit der Lenksteuereinheit 20 verbunden sind eine Bilderkennungsvorrichtung 31 zum Detektieren von Informationen bezüglich eines vor dem Fahrzeug befindlichen Hindernisses, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 32 zum Detektieren einer Fahrzeuggeschwindigkeit (V) und ein Lenkdrehmomentsensor 33 zum Detektieren eines Lenkdrehmoments Ts, das auf das Lenkrad 4 aufgebracht wird.
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Bildinformation wird in die Bilderkennungsvorrichtung 31 eingegeben von einer Stereokamera, gebildet von einer linken und einer rechten CCD-Kamera (nicht dargestellt), die an einem vorderen Teil eines Himmels einer Fahrgastzelle angebracht sind mit einem vorbestimmten Abstand zwischeneinander, um Bilder von externen Subjekten in Stereo von unterschiedlichen Blickpunkten aus aufzunehmen und die aufgenommenen Bildinformationen auszugeben. Die CCD-Kameras werden durch Halbleiterbilderzeugungsvorrichtungen wie beispielsweise ladungsgekoppelte Halbleiterelemente (CCD) dargestellt. Eine Fahrzeuggeschwindigkeit V des Fahrzeugs wird ebenfalls von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 32 in die Bilderkennungsvorrichtung 31 eingegeben. Die Bilderkennungsvorrichtung 31 erkennt Frontinformationen wie beispielsweise dreidimensionale Objektdaten und Daten bezüglich weißer Linien vor dem Fahrzeug, basierend auf der Bildinformation von der Stereokamera, und schätzt eine Straße ab, auf der das Fahrzeug fährt, basierend auf den erkannten Informationen. Die Bilderkennungsvorrichtung 31 prüft, ob sich ein dreidimensionales Objekt auf der Straße befindet, auf der das Fahrzeug fährt. Wenn ein dreidimensionales Objekt da ist, erkennt die Bilderkennungsvorrichtung 31 dasjenige Objekt, welches dem Fahrzeug am nächsten ist, als ein Hindernis, welches ein Steuersubjekt für eine Kollisionsverhinderungssteuerung durch einen Bremsvorgang ist.
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Die Bilderkennungsvorrichtung 31 verarbeitet die Bildinformation von der Stereokamera beispielsweise wie folgt. Zuerst erzeugt die Bilderkennungsvorrichtung 31 Abstandsinformationen von einem Unterschied zwischen entsprechenden Positionen in einem Paar Stereobilder, die erhalten werden durch Aufnehmen der Umgebung vor dem Fahrzeug in der Fahrtrichtung gesehen mit der Stereokamera, durch Verwendung eines Prinzips der Triangulation. Daraufhin gruppiert die Bilderkennungsvorrichtung 31 die Abstandsinformation durch einen bekannten Gruppierungsprozess und vergleicht die gruppierte Abstandsinformation mit dreidimensionalen Straßenformdaten, dreidimensionalen Objektdaten oder dergleichen, die vorher gewählt wurden, um so die Daten bezüglich weißer Linien, Seitenwanddaten, wie beispielsweise Leitplanken oder Bordsteine, die sich längs der Straße befinden, dreidimensionale Daten wie beispielsweise ein Fahrzeug oder dergleichen zu extrahieren. Daraufhin bestimmt die Bilderkennungsvorrichtung 31 die Straße, auf der das Fahrzeug fährt, basierend auf den Daten bezüglich weißer Linien, den Seitenwanddaten, die abgeschätzte beziehungsweise bestimmte Straße, auf der das Fahrzeug fährt, und dergleichen, und detektiert (nimmt auf) ein dreidimensionales Objekt, das sich am nächsten zu dem Fahrzeug befindet, welches sich vor dem Fahrzeug auf der Straße befindet, als ein Objekt, das ein Steuersubjekt ist zur Kollisionsverhinderungssteuerung. Wenn die Bilderkennungsvorrichtung 31 das Hindernis detektiert, berechnet sie, als eine Hindernisinformation, einen relativen Abstand d zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis, eine Bewegungsgeschwindigkeit Vf des Hindernisses (= (ein Verhältnis der Änderung des relativen Abstandes d) + Fahrzeuggeschwindigkeit (V)) und eine Verzögerung des Hindernisses (= ein Differentialwert der Bewegungsgeschwindigkeit Vf des Hindernisses). Wie zuvor beschrieben, dient die Bilderkennungsvorrichtung 31 als eine Detektionseinheit bezüglich Informationen von einem Hindernis vor dem Fahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform (Fronthindernisinformationdetektionseinheit). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Fronthindernisinformation detektiert und erkannt basierend auf der Bildinformation von der Stereokamera. Es versteht sich jedoch, dass die Erkennung auch über Bildinformationen von einer Monokularkamera erfolgen kann.
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Die Lenksteuereinheit 20 setzt ein Basisunterstützungsdrehmoment Tb basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit V und dem Lenkdrehmoment Ts. Wenn das Fronthindernis von der Bilderkennungsvorrichtung 31 detektiert wird, berechnet die Lenksteuereinheit 20 einen Überdeckungsgrad RL (= ein Verhältnis der Breite des Hindernisses, das sich mit der Breite des Fahrzeugs überdeckt: 4) zwischen dem Hindernis und dem Fahrzeug in der Breitenrichtung. Wenn ein absoluter Wert |RL| des Überdeckungsgrades größer ist als ein vorbestimmter Grenzwert RLS, erhöht die Lenksteuereinheit 20 das Unterstützungsdrehmoment Ta, basierend auf dem Basisunterstützungsdrehmoment Tb, zur Korrektur, und wenn der absolute Wert |RL| gleich oder kleiner ist als der Grenzwert RLS, senkt sie das Unterstützungsdrehmoment Ta, basierend auf dem Basisunterstützungsdrehmoment Tb,zur Korrektur. Die Lenksteuereinheit 20 gibt den berechneten Wert an die Motoransteuereinheit 21 aus als eine Steuergröße (Unterstützungsdrehmoment Ta). Wie zuvor beschrieben, dient die Lenksteuereinheit 20 als eine Basisunterstützungsdrehmomentsetzeinheit, eine Unterstützungsdrehmomentkorrektureinheit und eine Lenksteuereinheit.
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Eine Servolenkungssteuerung, die von der zuvor beschriebenen Lenksteuereinheit 20 durchgeführt wird, wird im Folgenden unter Bezug auf das Flussdiagramm in 2 beschrieben.
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Zunächst werden in Schritt (im Folgenden einfach als „S“ bezeichnet) 101 notwendige Parameter gelesen wie beispielsweise Hindernisinformationen, die Fahrzeuggeschwindigkeit V und das Lenkdrehmoment Ts.
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Daraufhin geht die Lenksteuereinheit 20 weiter zu S102, um zu bestimmen, ob es ein Hindernis gibt oder nicht. Wenn ein Hindernis vorliegt, geht die Lenksteuereinheit 20 weiter zu S103, wo sie Bezug nimmt auf ein vorbestimmtes Kennfeld (beispielhaft dargestellt in 3), um so das Basisunterstützungsdrehmoment Tb zu setzen, welches der Basiswert für das Unterstützungsdrehmoment für das Lenkdrehmoment ist, basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit V und dem Lenkdrehmoment Ts.
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Die Lenksteuereinheit 20 geht daraufhin weiter zu S104 zum Berechnen der Überdeckungsgrad RL (= ein Verhältnis der Breite des Hindernisses, das mit der Breite des Fahrzeuges überlappt) zwischen dem Hindernis und dem Fahrzeug. Wenn ein Hindernis S vorhanden ist, das eine Überdeckung mit dem Fahrzeug 1 auf der rechten Seite aufweist (in diesem Fall gemäß 4A), wird der Überdeckungsgrad RL als mit einem „+“ Zeichen gekennzeichnet und es wird ein Wert berechnet von (Koordinate am rechten Ende des Fahrzeugs 1) - (Koordinate am linken Ende des Hindernisses S), wie in 4 dargestellt. Andererseits, wenn das Hindernis S eine Überdeckung mit dem Fahrzeug 1 auf der linken Seite aufweist (in diesem Fall gemäß 4B), wird der Überdeckungsgrad RL mit dem „-“ Zeichen gekennzeichnet und es wird ein Wert berechnet von (Koordinate am linken Ende des Fahrzeugs 1) - (Koordinate am rechten Ende des Hindernisses S).
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Daraufhin geht die Lenksteuereinheit 20 weiter zu S105, wo sie Bezug nimmt auf ein charakteristisches Schaubild eines Unterstützungsdrehmomentkorrekturwertes GR, der in 5 dargestellt ist, um den Unterstützungsdrehmomentkorrekturwert GR gemäß dem absoluten Wert |RL| des Überdeckungsgrades zu setzen. Das charakteristische Schaubild eines Unterstützungsdrehmomentkorrekturwertes GR wird im Voraus erhalten durch einen Test, eine Berechnung oder dergleichen. Daraufhin geht die Lenksteuereinheit 20 weiter zu S106.
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Wenn andererseits als Ergebnis der Bestimmung in S102 festgestellt wird, dass kein Hindernis vorliegt, geht die Lenksteuereinheit 20 weiter zu S107, um so den Unterstützungsdrehmomentkorrekturwert GR auf 1 zu setzen (GR = 1), und geht daraufhin weiter zu S106.
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Nachdem die Lenksteuereinheit 20 den Unterstützungsdrehmomentkorrekturwert GR in S105 oder S107 gesetzt hat und daraufhin weitergeht zu S106, multipliziert es das Basisunterstützungsdrehmoment Tb mit dem Unterstützungsdrehmomentkorrekturwert GR, um so das Unterstützungsdrehmoment Ta zu berechnen (Ta = GR • Tb) und gibt den berechneten Wert an die Motoransteuereinheit 21 aus als die Steuergröße (Unterstützungsdrehmoment Ta).
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Die Charakteristik des Unterstützungsdrehmomentkorrekturwertes GR ist in 5 dargestellt. RLS ist der absolute Wert |RL| des Überdeckungsgrades bei GR = 1, der gesetzt wird, wenn kein Hindernis vorliegt (dies wird als Basis gesetzt). In einem solchen Fall, in dem der Unterstützungsdrehmomentkorrekturwert GR größer gesetzt wird als 1 und das Unterstützungsdrehmoment Ta zur Korrektur vergrößert wird, ist der Bereich des absoluten Wertes |RL| des Überdeckungsgrades größer als RLS. Andererseits, in einem solchen Fall, in dem der Unterstützungsdrehmomentkorrekturwert GR kleiner als 1 gesetzt wird und das Unterstützungsdrehmoment Ta zur Korrektur verringert wird, ist der Bereich des absoluten Wertes |RL| des Überdeckungsgrades kleiner als RLS.
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Genauer gesagt, wenn der absolute Wert |RL| des Überdeckungsgrades größer ist als der Grenzwert RLS, wird der Unterstützungsdrehmomentkorrekturwert GR größer gesetzt als 1, wodurch es so korrigiert wird, dass das Lenkdrehmoment des Fahrers mehr abnimmt als in normalen Fällen, in denen kein Hindernis vorliegt. Demzufolge kann der Fahrer leicht den Lenkvorgang zum Ausweichen durchführen. Andererseits, wenn der absolute Wert | RL | des Überdeckungsgrades gleich oder kleiner ist als der Grenzwert RLS, wird bestimmt, dass der Fahrer dem Hindernis ausweichen kann durch das Steuern, so dass der Unterstützungsdrehmomentkorrekturwert GR kleiner als 1 gesetzt wird. Daher wird so korrigiert, dass das Lenkdrehmoment des Fahrers mehr angehoben wird als in einem normalen Fall, in dem kein Hindernis gegeben ist, was verhindern kann, dass der Fahrer einen exzessiven Lenkvorgang zum Ausweichen durchführt. Dementsprechend sagt die Steuervorrichtung für eine Servolenkung eines Fahrzeugs eine Reihe von Lenkzuständen, die von dem Fahrer zum Ausweichen des Hindernisses vor dem Fahrzeug durch Lenken durchgeführt werden, in geeigneter Art und Weise voraus und setzt in geeigneter Art und Weise das Unterstützungsdrehmoment zu dem Lenkdrehmoment des Fahrers, das erzeugt wird von dem Zeitpunkt, wenn der Lenkvorgang zum Ausweichen des Hindernisses vor dem Fahrzeug durchgeführt wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Ausweichvorgang des Hindernisses beendet ist, wodurch Sicherheit und Zuverlässigkeit erhöht werden.
