DE112016006989T5

DE112016006989T5 - Fahrzeugfahrt-assistenzvorrichtung und fahrzeugfahrt-assistenzverfahren

Info

Publication number: DE112016006989T5
Application number: DE112016006989.8T
Authority: DE
Inventors: Masaya Endo
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2019-02-28
Also published as: CN109311509B; JP6541878B2; CN109311509A; WO2017221325A1; JPWO2017221325A1; US20190210598A1

Abstract

Es wird eine Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung angegeben, die dazu imstande ist, eine Vibration eines Lenkrads zu unterbinden, das durch einen Stoß einer automatischen Lenkung hervorgerufen wird, und eine fehlerhafte Bestimmung eines Lenkeingriffs durch einen Fahrer zu verhindern. Die Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung weist Folgendes auf: eine Zustands-Erfassungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie ein Detektionsergebnis von einem Zustandsdetektor erfasst, der zum Detektieren eines Fahrzustands und eines Lenkzustands eines Fahrzeugs konfiguriert ist; eine Sollpfadinformation-Erfassungseinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Sollpfad-Informationen erfasst, die einen Pfad angeben, auf welchem das Fahrzeug fahren soll; eine Vorhersageeinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Fahrzeug-Bewegungsmodell, das eine Bewegung des Fahrzeugs beschreibt, sowie ein Lenkwellen-Bewegungsmodell verwendet, das eine Bewegung einer Lenkwelle beschreibt, die konfiguriert ist zum Koppeln eines Lenkrads mit einem Motor, konfiguriert zum Unterstützen des Lenkens des Fahrzeugs, so dass sie dadurch eine Abweichung einer Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen vorhersagt, sowie einen Verdrehwert der Lenkwelle; und einen Rechner, der so konfiguriert ist, dass er einen Sollwert einer Lenksteuerung berechnet, die zum Steuern des Motors auf der Basis der Abweichung der Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen und dem Verdrehwert der Lenkwelle konfiguriert ist, so dass der Verdrehwert der Lenkwelle verringert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung und ein Fahrzeugfahrt-Unterstützungsverfahren zum Unterstützen der Fahrt eines Fahrzeugs durch einen Fahrer.
Stand der Technik
Bisher ist eine Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung bekannt, die so konfiguriert ist, dass sie die Lenkung durch einen Fahrer so korrigiert, dass ein Fahrzeug veranlasst wird, einem Sollpfad zu folgen. Als eine solche Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung ist eine Fahrunterstützungseinrichtung bekannt, die Folgendes aufweist: eine Zustands-Erfassungseinrichtung zum Beziehen eines Fahrzustands und eines Lenkzustands;
eine Trajektorien-Vorhersageeinrichtung zum Vorhersagen einer Fahrt-Trajektorie des Fahrzeugs nach einem gegenwärtigen Zeitpunkt auf der Basis der Zustandsergebnisse, die von der Zustands-Erfassungseinrichtung erfasst werden;
eine Korrekturwert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Korrekturwerts zum Korrigieren des Lenkzustands, so dass der seitliche Fehler zwischen einer Soll-Trajektorie und der Fahrt-Trajektorie verringert wird, die von der Trajektorien-Vorhersageeinrichtung vorhergesagt wird; und
eine Korrekturwert-Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben des Korrekturwerts an eine Zustands-Korrektureinrichtung, wobei die Fahrunterstützungseinrichtung so konfiguriert ist, dass sie diese Verarbeitung periodisch wiederholt (siehe z. B. Patentliteratur 1).
Bei einer solchen Fahrunterstützungseinrichtung verwendet die Trajektorien-Vorhersageeinrichtung eine Zustandsgleichung des Fahrzeugs, die ein Fahrzeug-Bewegungsmodell ist, und der Korrekturwert des Lenkzustands, der eine Kostenfunktion des seitlichen Fehlers minimiert, wird berechnet, so dass eine plötzliche Änderung des Fahrzeugverhaltens unterbunden wird. Dadurch wird ein sanftes Lenkgefühl erzeugt, das den Fahrer nicht dazu bringt, ein Gefühl von Unbehagen zu verspüren, während der Fehler einer seitlichen Abweichung des Fahrzeugs verringert wird, um ein Abweichen des Fahrzeugs von einer Fahrspur zu unterbinden.
Literaturverzeichnis
Patentliteratur
[PTL 1] JP 2010-126077 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der in Patentliteratur 1 angegebenen Fahrunterstützungseinrichtung gilt jedoch Folgendes: Der Sollpfad verändert sich plötzlich in einem solchen Zustand, wie etwa einem Notfall-Vermeidungszustand, in welchem einem plötzlich auftretenden Hindernis ausgewichen werden soll, und demzufolge kann sich das Fahrzeugverhalten ebenfalls plötzlich ändern.
Insbesondere gilt bei einer automatischen Lenkung auf der Basis einer elektrischen Servolenkung Folgendes: Wenn versucht wird, eine plötzliche Änderung im Sollpfad zu folgen, kann eine Verdrehung der Lenkwelle infolge eines Stoßes auftreten, der von der automatischen Lenkung hervorgerufen wird, mit dem Ergebnis, dass das Lenkrad vibriert und der Fahrer ein Gefühl von Unbehagen verspürt.
Außerdem kann eine Verdrehung in der Lenkwelle infolge des Stoßes von einem Lenkmomentsensor in der elektrischen Servolenkung detektiert werden, und es kann bestimmt werden, dass eine Lenk-Intervention durch den Fahrer aufgetreten ist, mit dem Ergebnis, dass die automatische Lenkung unterbrochen wird.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des oben erwähnten Problems konzipiert. Sie hat die Aufgabe, eine Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung und ein Fahrzeugfahrt-Unterstützungsverfahren anzugeben, die zum Unterbinden einer Vibration eines Lenkrads imstande sind, das durch einen Stoß der automatischen Lenkung verursacht wird, und zum Verhindern einer fehlerhaften Bestimmung einer Lenk-Intervention durch einen Fahrer.
Lösung des Problems
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung angegeben, die Folgendes aufweist: eine Zustands-Erfassungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie ein Detektionsergebnis von einem Zustandsdetektor erfasst, der zum Detektieren eines Fahrzustands und eines Lenkzustands eines Fahrzeugs konfiguriert ist;
eine Sollpfadinformation-Erfassungseinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Sollpfad-Informationen erfasst, die einen Pfad angeben, auf welchem das Fahrzeug fahren soll; eine Vorhersageeinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Fahrzeug-Bewegungsmodell, das eine Bewegung des Fahrzeugs beschreibt, sowie ein Lenkwellen-Bewegungsmodell verwendet, das eine Bewegung einer Lenkwelle beschreibt, die konfiguriert ist zum Koppeln eines Lenkrads mit einem Motor, konfiguriert zum Unterstützen des Lenkens des Fahrzeugs, so dass sie dadurch eine Abweichung einer Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen vorhersagt, sowie einen Verdrehwert der Lenkwelle; und
einen Rechner, der so konfiguriert ist, dass er einen Sollwert einer Lenksteuerung berechnet, die zum Steuern des Motors auf der Basis der Abweichung der Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen und dem Verdrehwert der Lenkwelle konfiguriert ist, so dass der Verdrehwert der Lenkwelle verringert wird.
Außerdem wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeugfahrt-Unterstützungsverfahren angegeben, das von einer Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung durchgeführt werden soll, die zum Unterstützen der Fahrt eines Fahrzeugs konfiguriert ist, wobei das Fahrzeugfahrt-Unterstützungsverfahren Folgendes aufweist:

einen Zustands-Erfassungsschritt, in welchem eine Detektionsergebnis von einer Zustands-Detektionseinrichtung erfasst wird, die zum Detektieren eines Fahrzustands und eines Lenkzustands des Fahrzeugs konfiguriert ist;
einen Sollpfadinformation-Erfassungsschritt, in welchem Sollpfad-Informationen erfasst werden, die einen Pfad angeben, auf welchem das Fahrzeug fahren soll; einen Vorhersage schritt, in welchem ein Fahrzeug-Bewegungsmodell, das eine Bewegung des Fahrzeugs beschreibt, sowie ein Lenkwellen-Bewegungsmodell verwendet werden, das eine Bewegung einer Lenkwelle beschreibt, die konfiguriert ist zum Koppeln eines Lenkrads mit einem Motor, konfiguriert zum Unterstützen des Lenkens des Fahrzeugs, so dass dadurch eine Abweichung einer Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen vorhersagt wird, sowie ein Verdrehwert der Lenkwelle; und
einen Berechnungsschritt, in welchem ein Sollwert einer Lenksteuerung berechnet wird, die zum Steuern des Motors auf der Basis der Abweichung der Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen und dem Verdrehwert der Lenkwelle konfiguriert ist, so dass der Verdrehwert der Lenkwelle verringert wird.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Mit der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung und dem Fahrzeugfahrt-Unterstützungsverfahren gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gilt Folgendes: Das Fahrzeug-Bewegungsmodell, das die Bewegung des Fahrzeugs beschreibt, und das Lenkwellen-Bewegungsmodell, das die Bewegung der Lenkwelle vorhersagt, die konfiguriert ist zum Koppeln des Lenkrads mit dem Motor, der konfiguriert ist zum Unterstützen der Lenkung des Fahrzeugs, werden verwendet, um die Abweichung der Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen sowie den Verdrehwert der Lenkwelle vorherzusagen. Der Sollwert der Lenksteuerung, die konfiguriert ist zum Steuern des Motors, wird + der Abweichung der Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen und dem Verdrehwert der Lenkwelle berechnet, so dass der Verdrehwert der Lenkwelle verringert wird.
Daher ist es möglich, eine Vibration des Lenkrads zu unterbinden, die von dem Stoß der automatischen Lenkung hervorgerufen wird, und die fehlerhafte Bestimmung der Lenk-Intervention durch den Fahrer zu verhindern.
Figurenliste

1 ist ein Block-Konfigurationsdiagramm zum Veranschaulichen einer Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Konfigurationsdiagramm zum Veranschaulichen der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit peripheren Einrichtungen.
3 ist ein Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen des Betriebs der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Block-Konfigurationsdiagramm zum Veranschaulichen eines Hauptteils der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Graph zum erläutern des Zusammenhangs zwischen einem bodenfesten Koordinatensystem und den Sollpfad-Informationen bei der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Block-Konfigurationsdiagramm zum Veranschaulichen einer Lenksteuerung, die mit der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung verbunden ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen der Wirkung der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Graph zum Veranschaulichen der Wirkung der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Es erfolgt nachstehend eine Beschreibung einer Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung und eines Fahrzeugfahrt-Unterstützungsverfahrens gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, und in den Zeichnungen sind durchgehend ähnliche oder entsprechende Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen, um diese Bestandteile zu erläutern.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Block-Konfigurationsdiagramm zum Veranschaulichen einer Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Außerdem ist 2 ein Konfigurationsdiagramm zum Veranschaulichen der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit peripheren Einrichtungen.
In 1 und 2 ist die Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung 12 so konfiguriert, dass sie Informationen von verschiedenen Sensoren und dergleichen erfasst, die zum Detektieren eines Fahrzustands und eines Lenkzustands des Fahrzeugs konfiguriert sind, dass sie einen Sollwert der Lenksteuerung 9 berechnet, die zum Unterstützen der Fahrt des Fahrzeugs konfiguriert ist, und dass sie den ausgegebenen Sollwert an die Lenksteuerung 9 ausgibt.
Außerdem hat die Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung 12 einen Mikrocomputer. Der Mikrocomputer weist eine CPU 22 und einen Speicher auf. Die CPU 22 ist so konfiguriert, dass sie eine Berechnungsverarbeitung durchführt, die zum Berechnen des Sollwerts notwendig ist. Der Speicher weist ein ROM 23 und ein RAM 24 auf.
Außerdem weist ein Lenkmechanismus eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Motorfahrzeugs, ein Lenkrad 1 und eine Lenkwelle 2 auf. Die linken und rechten gelenkten Räder 3 des Fahrzeugs werden gemäß der Rotation der Lenkwelle 2 gelenkt, die durch eine Betätigung des Lenkrads 1 durch einen Fahrer hervorgerufen wird.
Außerdem ist ein Lenkmomentsensor 5 in der Lenkwelle 2 angeordnet. Ein Lenkmoment durch den Fahrer, das auf die Lenkwelle 2 über das Lenkrad 1 wirkt, wird vom Lenkmomentsensor 5 detektiert.
In diesem Beispiel ist ein Teil der Lenkwelle 2 aus einem Torsionsstab gebildet. Der Lenkmomentsensor 5 erzeugt ein Signal gemäß dem Torsionswinkel des Torsionsstabs der Lenkwelle 2. Das Lenkmoment, das die Lenkwelle 2 vom Fahrer erfährt, wird auf der Basis eines Signals vom Lenkmomentsensor 5 erfasst.
Der Motor 6 ist mit der Lenkwelle 2 über einen Geschwindigkeits-Verringerungsmechanismus 7 gekoppelt. Ein Strom, der durch den Motor fließt 6, wird von der Lenksteuerung 9 gesteuert, so dass ein Lenkungs-Unterstützungsmoment, das von dem Motor 6 erzeugt wird, auf die Lenkwelle 2 ausgeübt werden kann.
Außerdem ist ein Motor-Drehwinkelsensor, der zum Detektieren eines Drehwinkels des Motors 6 konfiguriert ist, im Motor 6 ausgebildet. In der ersten Ausführungsform wird der Quotient des Drehwinkels, der vom Motor-Drehwinkelsensor detektiert wird, geteilt durch das Geschwindigkeits-Verringerungsverhältnis des Geschwindigkeits-Verringerungsmechanismus 7 als ein gelenkter Winkel vorgegeben, und der Motor-Drehwinkelsensor wird als Sensor 10 für den gelenkten Winkel verwendet.
Im Fahrzeug sind ein Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor 8, ein Fahrzeugpositions-/-lagensensor 11 und ein Gierratensensor 13 angebracht. Der Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor 8 ist so konfiguriert, dass er die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs detektiert. Der Fahrzeugpositions-/-lagensensor 11 ist so konfiguriert, dass er die Fahrposition und Lage des Fahrzeugs detektiert.
Der Gierratensensor 13 ist so konfiguriert, dass er die Drehwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs detektiert. Die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs wird nachfolgend als Fahrzeuggeschwindigkeit bezeichnet. Außerdem ist das Fahrzeug mit einer Sollpfad-Informations-Vorgabeeinrichtung 14 versehen, die so konfiguriert ist, dass sie Sollpfad-Informationen vorgibt, die einen Pfad angeben, auf welchem das Fahrzeug fahren soll.
Unter Bezugnahme auf 3 und 4 zusammen mit 1 und 2 wird nachstehend der Betrieb und die Berechnungsverarbeitung der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung 12 beschrieben, die ein Hauptbestandteil der vorliegenden Erfindung ist. 3 ist ein Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen des Betriebs der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 ist ein Block-Konfigurationsdiagramm zum Veranschaulichen eines Hauptteils der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der im Ablaufdiagramm gemäß 3 veranschaulichte Betrieb wird mit einem Steuerzyklus eines vorbestimmten Zeitraums wiederholt, der im Voraus eingestellt wird. In der ersten Ausführungsform ist der Steuerzyklus Ts des vorbestimmten Zeitraums 50 Millisekunden.
Zunächst werden Detektionswerte, die von den jeweiligen Sensoren erhalten werden, mittels einer Schnittstelleneinheit 21 gemäß 1 erfasst, die eine Zustands-Erfassungseinheit ist (Schritt S1).
In der ersten Ausführungsform gilt Folgendes: Eine Fahrzeuggeschwindigkeit V des Fahrzeugs, die mit dem Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor 8 detektiert wird, eine Verschiebung y in der Y-Achsenrichtung des Fahrzeugs, und eine Geschwindigkeit
ẏ
und ein Rutschwinkel θ des Fahrzeugs, die von dem Fahrzeugpositions-/-lagensensor 11 detektiert werden, und eine Gierrate
θ̇̇̇̇̇̇̇̇
des Fahrzeugs, die von dem Gierratensensor 13 detektiert wird, und ein gelenkter Winkel δ_p , der von dem Sensor 10 für gelenkten Winkel detektiert wird, und ein Lenkmoment, das von dem Lenkmomentsensor 5 detektiert wird, werden in das RAM 24 der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung 12 über die Schnittstelleneinheit 21 aufgenommen.
Als ein Koordinatensystem bei der ersten Ausführungsform wird ein bodenfestes Koordinatensystem verwendet, wie in 5 gezeigt.5 ist ein Graph zum Erläutern des Zusammenhangs zwischen dem bodenfesten Koordinatensystem und den Sollpfad-Informationen bei der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Anschließend werden Sollpfad-Informationen, die einen Pfad angeben, auf welchem das Fahrzeug fahren soll, von der Sollpfad-Informations-Vorgabeeinrichtung 14 mittels der Schnittstelleneinheit 21 gemäß 1 erfasst, die eine Sollpfadinformation-Erfassungseinrichtung ist (Schritt S2). In diesem Fall sind, wie in 5 gezeigt, die Sollpfad-Informationen beispielsweise Koordinaten, die den Sollfahrt-Pfad im bodenfesten Koordinatensystem angeben. Außerdem gibt der in 5 gezeigte Sollpfad einen Fahrspurwechsel zur linken Spur an.
Dann werden ein zukünftiger Fahrzustand und ein zukünftiger Lenkzustand mittels eines Prädiktors 41 durch Verwendung der erfassten jeweiligen Stücke von Sensorinformation und den bezogenen Sollpfad-Informationen berechnet (Schritt S3). Der Prädiktor 41 weist ein Fahrzeug-Bewegungsmodell 42 und ein Lenkwellen-Bewegungsmodell 43 auf. Das Fahrzeug-Bewegungsmodell 42 beschreibt eine Bewegung des Fahrzeugs, die zum Vorhersagen des Fahrzustands des Fahrzeugs benutzt werden soll. Das Lenkwellen-Bewegungsmodell 43 beschreibt eine Bewegung der Lenkwelle, die zum Vorhersagen des Lenkzustands der Lenkwelle benutzt werden soll.
Als Fahrzeug-Bewegungsmodell 42 wird beispielsweise ein Zwei-Rad-Modell verwendet, das im bodenfesten Koordinatensystem beschrieben ist. Die Bewegungsgleichungen können als Ausdruck (1) und (2) beschrieben werden. $m \frac{d^{2} y}{d^{2} t} + \frac{2 (K_{f} + K_{r})}{V} \frac{d y}{d t} + \frac{2 (L_{f} K_{f} - l_{r} K_{r})}{V} \frac{d θ}{d t} - 2 (K_{f} + K_{r}) θ = 2 K_{f} \frac{δ_{p}}{G_{r p}}$
$\frac{2 (l_{f} K_{f} - l_{r} K_{r})}{V} \frac{d y}{d t} + \frac{l_{z} (d^{2} θ)}{d^{2} t} + \frac{2 (l_{f}^{2} K_{f} + l_{r}^{2} K_{r})}{V} \frac{d θ}{d t} - 2 (l_{f} K_{f} - l_{r} K_{r}) θ = 2 l_{f} K_{f} \frac{δ_{p}}{G_{r p}}$

In dem Ausdruck (1) und dem Ausdruck (2) sind die Parameter in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1

m	Fahrzeuggewicht
K_f	Seitenführungsvermögen des Vorderrads
K_r	Seitenführungsvermögen des Hinterrads
L_f	Abstand vom Schwerpunkt zur Vorderradachse
L_r	Abstand vom Schwerpunkt zur Hinterradachse
I_z	Trägheitsmoment des Fahrzeugkörpers
G_rp	Gesamt-Lenkgetriebeverhältnis

Es erfolgt nachstehend eine Beschreibung des Lenkwellen-Bewegungsmodells 43. Die Lenkwelle 2 koppelt das Lenkrad 1 an den Motor 6 und die gelenkten Räder 3, die über den Geschwindigkeits-Verringerungsmechanismus 7 angeschlossen sind. Die Drehsteifigkeit der Lenkwelle 2 wird mit K_tsens angegeben. Der Viskositätskoeffizient der Lenkwelle 2 wird mit C_tsens angegeben. Außerdem kann das Lenkwellen-Bewegungsmodell 43 als Ausdruck (3) beschrieben werden. $J_{h} \frac{d^{2} δ_{h}}{d^{2} t} = - K_{t s e n s} (δ_{h} - δ_{p}) - C_{t s e n s} (\frac{d δ_{h}}{d t} - \frac{d δ_{p}}{d t})$
Außerdem ist der Lenkmomentsensor 5 so konfiguriert, dass er ein Drehmoment detektiert, das auf die Lenkwelle 2 wirkt, und zwar von einem Torsionswert der Lenkwelle 2. Das Lenkmoment T_sens, das von dem Lenkmoment 5 detektiert wird, ist mit dem Ausdruck (4) modelliert. $T_{s e n s} = K_{t s e n s} (δ_{h} - δ_{p})$
In diesem Fall ist eine Zustandsvariable x durch den Ausdruck (5) gegeben. $x = [\begin{matrix} δ_{p} \\ y \\ \dot{y} \\ θ \\ \dot{θ} \\ δ_{h} \\ {\dot{δ}}_{h} \end{matrix}]$
Ausdruck (1) bis Ausdruck (3) können in Zustandsgleichungen umgewandelt werden, die durch den Ausdruck (6) und den Ausdruck (7) gegeben sind. $\dot{x} = A_{c} x + B_{c} u$
$z = C_{c} x + D_{c} u$
Die Werte von dem Ausdruck (6) und dem Ausdruck (7) sind durch Ausdruck (8) bis Ausdruck (11) gegeben. $A_{c} = [\begin{matrix} 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0 \\ \frac{2 K_{f}}{m} & 0 & \frac{- 2 (K_{f} + K_{r})}{m V} & \frac{2 (K_{f} + K_{r})}{m} & \frac{- 2 (l_{f} K_{f} - l_{r} K_{r})}{m V} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 \\ \frac{2 l_{f} K_{f}}{I_{z}} & 0 & \frac{- 2 (l_{f} K_{f} - l_{r} K_{r})}{I_{z} V} & \frac{2 (l_{f} K_{f} - l_{r} K_{r})}{I_{z}} & \frac{- 2 (l_{f}^{2} K_{f} + l_{r}^{2} K_{r})}{I_{z} V} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 \\ \frac{K_{t s e n s}}{J_{h}} & 0 & 0 & 0 & 0 & - \frac{K_{t s e n s}}{J_{h}} & - \frac{C_{t s e n s}}{J_{h}} \end{matrix}]$
$B_{c} = [\begin{matrix} 1 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \\ \frac{C_{t s e n s}}{J_{h}} \end{matrix}]$
$C_{c} = E_{7}$
$D_{c} = [\begin{matrix} 0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \end{matrix}]$
Eine Eingabe u in das Fahrzeug-Bewegungsmodell und das Lenkwellen-Bewegungsmodell, die durch die Zustandsgleichungen gegeben sind, sind eine gelenkte Winkelgeschwindigkeit, die mit Ausdruck (12) gegeben ist. $u = {\dot{δ}}_{p}$
Außerdem sind die Differenzgleichungen, die durch Diskretisierung mit dem Steuerzyklus Ts erhalten werden, mit Ausdruck (13) und Ausdruck (14) gegeben. $x [k + 1] = A_{d} x [k] + B_{d} u [k]$
$z [k + 1] = C_{d} x [k] + D_{d} u [k]$
Der Prädiktor 41 verwendet das Fahrzeug-Bewegungsmodell und das Lenkwellen-Bewegungsmodell, die in Ausdruck (13) bzw. Ausdruck (14) beschrieben sind, sowie den gegenwärtigen Fahrzustand $({\dot{δ}}_{p}, y, \dot{y}, θ, \dot{θ})$
und den gegenwärtigen Lenkzustand $(δ_{h}, {\dot{δ}}_{h})$
die durch verschieden Sensoren bezogen werden, als einen Anfangswert x[1], und er verwendet Eingaben von u[1] bis u[N] entsprechend der Anzahl N von Vorhersageschritten und empfangen von einem Optimierungsrechner 45, der später beschrieben wird, um die zukünftigen Fahrzustände und Lenkzustände vorherzusagen, die von x[1] bis x[1+N] reichen.
Wenn beispielsweise N = 20, hat Ts einen Wert von 50 Millisekunden, und demzufolge werden Zustände bis eine Sekunde später vorhersagt. In diesem Fall wird ein Anfangswert von δ_h aus dem detektierten gelenkten Winkel δ_p und dem detektierten Lenkmoment T_sens durch Verwendung von Ausdruck (4) berechnet. Außerdem wird
δ̇_h
durch Differenzieren von δ_h berechnet.
Dann gibt ein Evaluator 44 eine Kostenfunktion J vor, so dass ein Kostenwert berechnet wird (Schritt S4). In der ersten Ausführungsform ist die Kostenfunktion J so vorgegeben, wie mit Ausdruck (15) gegeben. $J = \sum_{k = 1}^{N + 1} Q_{y} {(y [k] - y_{r e f} [k])}^{2} + Q_{T} {(δ_{p} [k] - δ_{h} [k])}^{2} + R u {[k]}^{2}$
Der erste Term auf der rechten Seite von Ausdruck (15) ist der Term zum Verringern der Abweichung zwischen dem Sollpfad zu einem zukünftigen Zeitpunkt, entsprechend den N Vorhersageschritten und einem vorhersagten Fahrzeugpfad. Außerdem ist der zweite Term auf der rechten Seite ein Term zum Verringern eines Verdrehwerts der Lenkwelle 2 zu einem zukünftigen Zeitpunkt, entsprechend den N Vorhersageschritten. Außerdem ist der dritte Term auf der rechten Seite ein Term zum Verringern der Eingabe, die die gelenkte Winkelgeschwindigkeit δ_p
ist, und zwar zum zukünftigen Zeitpunkt entsprechend den N Vorhersageschritten. Q_y, Q_T und R sind die Gewichtungen der jeweiligen Terme.
Dann überprüft der Optimierungsrechner 45, ob oder ob nicht der berechnete Kostenwert gleich groß wie oder kleiner ist als ein vorbestimmter, im Voraus vorgegebener Wert, oder ob er der Minimalwert ist (Schritt S5).
Wenn im Schritt S5 bestimmt wird, dass der berechnete Kostenwert gleich groß wie oder kleiner ist als der vorbestimmte Wert, oder dass er der Minimalwert ist (d. h. JA), werden u[1] bis u[N] als optimale Eingangswerte vorgegeben, die zu diesem AbtastZeitpunkt die Kostenfunktion J zum zukünftigen Zeitpunkt entsprechend den N Vorhersageschritten minimieren.
Wenn andererseits im Schritt S5 bestimmt wird, dass der berechnete Kostenwert nicht gleich groß wie oder kleiner ist als der vorbestimmte Wert oder nicht der Minimalwert ist (d. h. NEIN), werden u[1] bis u[N] verändert, so dass die Kostenfunktion J verringert wird, und die Verarbeitung von Schritt S3 bis Schritt S5 wird wiederholt, bis die Kosten gleich groß wie oder kleiner werden als der vorbestimmte Wert oder der Minimalwert.
Die Berechnung im Schritt S3 bis Schritt S5 ist die Lösung für das sogenannte Optimierungsproblem, und verschiedene bekannte Verfahren können zur Berechnung verwendet werden.
Dann gibt die Schnittstelleneinheit 25 gemäß 1, die eine Sollwert-Ausgabeeinrichtung ist, einen Sollwert für die Lenksteuerung an die Lenksteuerung 9 aus (Schritt S6). In diesem Fall ist der Sollwert für die Lenksteuerung 9 ein Sollwinkel δ_ref des gelenkten Winkels der Lenkwelle 2, und er ist auf δ_p[2] eingestellt, und zwar aus einem Ergebnis, das vom Prädiktor 41 berechnet wird. δ_p[2] ist ein gelenkter Winkel im ersten Vorhersageschritt.
Die Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung 12 wiederholt Schritt S1 bis Schritt S6, wie oben beschrieben, mit dem Steuerzyklus Ts des vorbestimmten Zeitraums.
Es erfolgt nachstehend unter Bezugnahme auf 6 eine Beschreibung des Betriebs der Lenksteuerung 9. 6 ist ein Block-Konfigurationsdiagramm zum Veranschaulichen der Lenksteuerung, die mit der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung verbunden ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 6 bezieht die Lenksteuerung 9 den Sollwinkel δ_ref, der aus der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung 12 ausgegeben wird, und den gelenkten Winkel δ_p, der von dem Sensor 10 für gelenkten Winkel ausgegeben wird, über eine Schnittstelleneinheit 51.
Eine Winkelsteuerung 52 ist so konfiguriert, dass sie aus dem bezogenen Sollwinkel δ_ref und dem gelenkten Winkel δ_p einen Sollstrom berechnet, der notwendig durch den Motor 6 fließen soll, so dass der gelenkte Winkel δ_p dem Sollwinkel δ_ref folgt. Ein Motortreiber 53 ist so konfiguriert, dass er einen Strom so steuert, dass der von der Winkelsteuerung 52 berechnete Sollstrom durch den Motor 6 fließt.
Die Winkelsteuerung 52 kann verschiedene bekannte Steuerungstypen verwenden, beispielsweise eine PID-Steuerung, die auf einer Abweichung zwischen dem Sollwinkel δ_ref und dem gelenkten Winkel δ_p basiert.
Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann die Lenkwelle 2, also das Lenkrad 1, von dem Motor 6 gelenkt werden, so dass der gelenkte Winkel δ_p dem Sollwinkel δ_ref folgt, der von der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung 12 berechnet wird.
Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf 7 und 8 die Wirkungen der ersten Ausführungsform beschrieben. 7 und 8 sind Graphen zum Veranschaulichen der Wirkungen der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Außerdem ist 7, die ein Simulationsergebnis zeigt, das erhalten wird, wenn der zweite Term auf der rechten Seite in Ausdruck (15) auf Null gesetzt wird. 8 ist ein Graph, der ein Simulationsergebnis zeigt, das erhalten wird, wenn der zweite Term auf der rechten Seite in Ausdruck (15) verwendet wird. Die Skalen auf den vertikalen Achsen in 7 und 8 sind die gleichen, und der Sollpfad ist ein Pfad für einen Fahrspurwechsel von 3,5 Metern in 2 Sekunden.
Zunächst wird sowohl in 7, als auch in 8 der Prädiktor 41 so verwendet, dass er die Abfolgesteuerung ausführt, so dass die Kostenfunktion optimiert wird. Demzufolge wird wahrgenommen, dass dem Sollpfad äquivalent ausgezeichnet gefolgt wird. Außerdem wird der Prädiktor 41 verwendet, und demzufolge wird wahrgenommen, dass der gelenkte Winkel δ_p gesteuert wird, bevor sich der Sollpfad ändert, und zwar zu einem Zeitpunkt von einer Sekunde. Im Ergebnis wird dem Sollpfad ausgezeichnet gefolgt.
Bei dem in 7 gezeigten Ergebnis, bei dem der Verdrehwert der Lenkwelle 2 nicht zur Kostenfunktion hinzugefügt wird, wird jedoch wahrgenommen, dass sich der gelenkte Winkel δ_p plötzlich an einigen Bereichen ändert, und dass die Variation des Detektionswerts des Lenkmomentsensors 5 groß ist. Dieser Zustand ist äquivalent zu dem Zustand, in welchem der Verdrehwert (δ_h-δ_p) der Lenkwelle 2 groß ist.
In diesem Fall gilt bei der automatischen Lenkung auf der Basis der elektrischen Servolenkung Folgendes: Wenn versucht wird, der plötzlichen Änderung im Sollpfad zu folgen, kann eine Verdrehung in der Lenkwelle auftreten, und zwar infolge eines Stoßes durch die automatische Lenkung, mit dem Ergebnis, dass das Lenkrad 1 vibriert und der Fahrer ein Gefühl von Unbehagen verspürt.
In dem Ergebnis gemäß 8, in welchem der Verdrehwert der Lenkwelle 2 zur Kostenfunktion hinzugefügt wird, wird jedoch wahrgenommen, dass die Variation des Detektionswerts des Drehmomentsensor so unterbunden wird, dass sie klein ist. Dies rührt daher, dass der Sollwert der Lenksteuerung so berechnet wird, dass die Kostenfunktion verringert wird, und der Sollwert des gelenkten Winkels δ_p wird so vorgegeben, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass der Verdrehwert der Lenkwelle 2 auftritt. Wie in der zweiten Reihe gemäß 8 gezeigt, wird außerdem wahrgenommen, dass eine Veränderung des gelenkten Winkels δ_p glatter ist als diejenige der zweiten Reihe gemäß 7.
Auf diese Weise kann eine Vibration des Lenkrads 1 so unterbunden werden, dass eine glattere automatische Lenkung erzielt wird, was eine geringeres Empfinden von Unbehagen verursacht, indem das Lenkwellen-Bewegungsmodell verwendet wird, das die Bewegung der Lenkwelle 2 beschreibt, um den Lenkzustand inklusive zumindest des zukünftigen Verdrehwerts der Lenkwelle 2 vorherzusagen, und indem der Sollwert der Lenksteuerung 9 so berechnet wird, dass der vorhergesagte Verdrehwert der Lenkwelle 2 verringert wird.
Außerdem ist als eine Technologie betreffend die automatische Lenkung eine Umgehungstechnologie bekannt, bei welcher das vom Fahrer vorgenommene Lenken priorisiert wird, wenn die Richtung der automatischen Lenkung und die Richtung der Lenkung, die von dem Fahrer beabsichtigt ist, voneinander verschieden sind. Bei dieser Umgehungstechnologie gilt allgemein Folgendes: Wenn der Absolutwert groß ist, der vom Lenkmomentsensor 5 detektiert wird, so wird bestimmt, dass der Fahrer in den Lenkvorgang eingreift, und die automatische Lenkung wird auf die manuelle Fahrt durch den Fahrer umgeschaltet.
In dem Graphen gemäß 7, bei welchem der Verdrehwert der Lenkwelle 2 der Kostenfunktion nicht hinzugefügt ist, gilt daher Folgendes: Selbst wenn der Fahrer während der automatischen Lenkung nicht eingreift, kann daher ein Anstieg des Detektionswerts des Lenkmomentsensors 5 fehlerhaft als ein Lenkeingriff durch den Fahrer bestimmt werden, und es kann ein Umschalten auf den manuellen Betrieb auftreten.
Mit der Konfiguration der ersten Ausführungsform kann im Gegensatz dazu der Detektionswert des Lenkmomentsensors 5 so unterbunden werden, dass er klein ist, und die Unterscheidung von dem Lenkeingriff durch den Fahrer wird einfach. Folglich kann eine fehlerhafte Bestimmung verhindert werden, und es kann demzufolge eine glattere automatische Lenkung erzielt werden, die in geringerem Maße ein Gefühl von Unbehagen hervorruft.
Wenn der Verdrehwert nicht zur Kostenfunktion hinzugefügt wird und der Fahrer tatsächlich in den Lenkvorgang eingreift, wird außerdem der Sollwert für den gelenkten Winkel berechnet, der das Folgen des Sollpfades priorisiert, und es ist schwierig für den Fahrer, in den Lenkvorgang einzugreifen, es sei denn, die Umgehungsfunktion wird verwendet.
Wenn im Gegensatz dazu der Verdrehwert zur Kostenfunktion hinzugefügt ist und der Verdrehwert der Lenkwelle 2 durch den Lenkeingriff durch den Fahrer erhöht wird, wird der Sollwert für den gelenkten Winkel unter Berücksichtigung der Verringerung des Verdrehwerts berechnet, und folglich wird es dem Fahrer ermöglicht, in die Lenkung einzugreifen. Dadurch wird eine sanftere Umgehung für den Fall erzielt, dass die Umgehungsfunktion installiert ist.
Außerdem wird durch die Verwendung des bodenfesten Koordinatensystems die Notwendigkeit beseitigt, dass die Koordinaten während der iterativen Berechnung zum Lösen des Optimierungsproblems konvertiert werden, was zu einer Verringerung der Berechnungslast führt.
Wie oben beschrieben, gilt gemäß der ersten Ausführungsform Folgendes: Das Fahrzeug-Bewegungsmodell, das die Bewegung des Fahrzeugs beschreibt, und das Lenkwellen-Bewegungsmodell, das die Bewegung der Lenkwelle vorhersagt, die konfiguriert ist zum Koppeln des Lenkrads mit dem Motor, der konfiguriert ist zum Unterstützen der Lenkung des Fahrzeugs, werden verwendet, um die Abweichung der Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen sowie den Verdrehwert der Lenkwelle vorherzusagen. Der Sollwert der Lenksteuerung, die konfiguriert ist zum Steuern des Motors, wird außerdem auf der Basis der Abweichung der Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen und dem Verdrehwert der Lenkwelle berechnet, so dass der Verdrehwert der Lenkwelle verringert wird.
Daher kann eine Vibration des Lenkrads unterbunden werden, die von dem Stoß der automatischen Lenkung hervorgerufen wird, und eine fehlerhafte Bestimmung der Lenk-Intervention durch den Fahrer kann verhindert werden.
Außerdem weist der Rechner den Evaluator auf, der so konfiguriert ist, dass er die Kostenfunktion berechnet, die aus der Abweichung der Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen und dem Verdrehwert der Lenkwelle gebildet ist, die von dem Prädiktor vorhergesagt wird, sowie den Optimierungsrechner, der so konfiguriert ist, dass er den gelenkten Winkel der Lenkwelle berechnet, der zumindest dazu notwendig ist, zu veranlassen, dass die Kostenfunktion auf einen Wert konvergiert, der gleich groß wie oder kleiner ist als der im Voraus vorgegebene Wert oder der Minimalwert, und zwar durch eine Konvergenz-Berechnung unter Verwendung des Prädiktors und des Evaluators.
Mit anderen Worten: Der Verdrehwert der Lenkwelle kann unterbunden werden, indem der Verdrehwert der Lenkwelle in der Kostenfunktion unter Berücksichtigung des Lenkwellen-Bewegungsmodells berücksichtigt wird, so dass eine Vibration des Lenkrads unterbunden wird, und folglich kann eine glattere automatische Lenkung erzielt werden, die weniger Gefühl von Unbehagen hervorruft.
Bei der ersten Ausführungsform kann der Motor-Drehwinkelsensor als Sensor 10 für den gelenkten Winkel verwendet werden. Es kann jedoch auch ein Winkelsensor unabhängig zwischen dem Lenkmomentsensor 5 der Lenkwelle 2 und den gelenkten Rädern 3 angebracht sein.
Die Sollpfad-Informations-Vorgabeeinrichtung 14 kann bei der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung 12 ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine Kamera angebracht werden, die so konfiguriert ist, dass sie weiße Linien detektiert, und die Sollpfad-Informations-Vorgabeeinrichtung kann aus den Weiße-Linien-Informationen berechnet werden, die von der Kamera im Sollpfad-Informations-Vorgabeeinrichtung 14 detektiert werden.
Außerdem sind das Fahrzeug-Bewegungsmodell und das Lenkwellen-Bewegungsmodell nicht auf die oben erwähnten Modelle beschränkt, und sie können auch Modelle sein, die näher an der tatsächlichen Maschinerie sind.
Außerdem wird bei der ersten Ausführungsform kein Lenkwinkelsensor verwendet, der so konfiguriert ist, dass er einen Lenkwinkel detektiert. Es kann jedoch auch ein Lenkwinkelsensor 4 verwendet werden, der am Lenkrad 1 gemäß 2 montiert ist, um den Lenkwinkel δ_h zu detektieren, und der Verdrehwert der Lenkwelle 2 kann aus der Differenz zwischen dem Lenkwinkelsensor 4 und dem Sensor 10 für gelenkten Winkel berechnet werden.
Zweite Ausführungsform
Es erfolgt nachstehend die Beschreibung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hinsichtlich der Konfigurationen, die die erste und die zweite Ausführungsform gemeinsam haben, werden die gleichen Namen, Bezugszeichen und Symbole verwendet, und es werden die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist der Term des Verdrehwerts in der Kostenfunktion J des Evaluators 44 enthalten. In der zweiten Ausführungsform ist der Term des Verdrehwerts jedoch nicht enthalten, und der Minimalwert und der Maximalwert des Verdrehwerts des Lenkmoments sind als Randbedingung vorgegeben.
Außerdem werden u[1] bis u[N] durch die iterative Berechnung im Schritt S3 bis zum Schritt S5 berechnet, so dass die Kostenfunktion J gleich groß wie oder kleiner ist als ein vorbestimmter Wert oder der Minimalwert in einem Bereich ist, in welchem Ausdruck (16) erfüllt ist. $T_{s e n s_m i n} \leq T_{t s e n s} (δ_{p} - δ_{h}) \leq T_{s e n s_m a x}$
In dem Ausdruck (16) ist T_{sens_min} ein negativer Wert, und er hat die gleiche Größe wie T_{sens_max}. Beispielsweise ist die Größe bzw. der Betrag von T_{sens_max} mit 1 Nm vorgegeben.
Im Ergebnis kann die in 7 erzeugte Lenkmoment-Variation verringert werden. Wenn der Fahrer das Lenkrad 1 lenkt, wird außerdem der Sollwinkel δ_ref berechnet, der die Kostenfunktion J in dem Bereich verringert, in welchem das Lenkmoment, das von dem Lenkmomentsensor 5 detektiert wird, so unterbunden wird, dass es 1 Nm ist.
Durch das Vorgeben eines Schwellenwerts für das Lenkmoment, das zum Bestimmen des Eingriffs durch den Fahrer beim Umgehen verwendet wird, auf einen Wert, der gleich groß wie oder höher ist als T_{sens_max}, kann außerdem ein sanfter Übergang zum manuellen Fahren erzielt werden, wenn die Größe des Lenkmoments gleich groß wie oder höher ist als T_{sens_max}.
Auf diese Weise kann eine Vibration des Lenkrads 1 unterbunden werden, und das Problem der fehlerhaften Bestimmung des Lenkeingriffs durch den Fahrer kann verhindert werden, so dass eine sanftere automatische Lenkung erzielt wird, die ein geringeres Gefühl von Unbehagen verursacht, indem ein Lenkwellen-Bewegungsmodell verwendet wird, das die Bewegung der Lenkwelle 2 beschreibt, um den Lenkzustand vorherzusagen, einschließlich von zumindest dem zukünftigen Verdrehwert der Lenkwelle 2, und indem der Sollwert der Lenksteuerung 9 berechnet wird, so dass der vorhergesagte Verdrehwert der Lenkwelle 2 verringert wird.
Wie oben beschrieben, gilt gemäß der zweiten Ausführungsform Folgendes:
Das Fahrzeug-Bewegungsmodell, das die Bewegung des Fahrzeugs beschreibt, und das Lenkwellen-Bewegungsmodell, das die Bewegung der Lenkwelle vorhersagt, die konfiguriert ist zum Koppeln des Lenkrads mit dem Motor, der konfiguriert ist zum Unterstützen der Lenkung des Fahrzeugs, werden verwendet, um die Abweichung der Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen sowie den Verdrehwert der Lenkwelle vorherzusagen. Der Sollwert der Lenksteuerung, die konfiguriert ist zum Steuern des Motors, wird außerdem auf der Basis der Abweichung der Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen und dem Verdrehwert der Lenkwelle berechnet, so dass der Verdrehwert der Lenkwelle verringert wird.
Daher kann eine Vibration des Lenkrads unterbunden werden, die von dem Stoß der automatischen Lenkung hervorgerufen wird, und die fehlerhafte Bestimmung der Lenk-Intervention durch den Fahrer kann verhindert werden.
Außerdem weist der Rechner einen Evaluator auf, der so konfiguriert ist, dass er die Kostenfunktion berechnet, die aus der Abweichung der Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen, die von dem Prädiktor vorhergesagt wird, und der Randbedingung betreffend den Verdrehwert der Lenkwelle gebildet ist, die von dem Prädiktor vorhergesagt wird, sowie einen Optimierungsrechner, der so konfiguriert ist, dass er den gelenkten Winkel der Lenkwelle berechnet, der zumindest die Randbedingung erfüllt und dazu notwendig ist, zu veranlassen, dass die Kostenfunktion auf einen Wert konvergiert, der gleich groß wie oder kleiner ist als der im Voraus vorgegebene Wert oder der Minimalwert, und zwar durch eine Konvergenz-Berechnung unter Verwendung des Prädiktors und des Evaluators.
Mit anderen Worten: Der Verdrehwert der Lenkwelle kann unterbunden werden, indem der Verdrehwert der Lenkwelle in der Randbedingung unter Berücksichtigung des Lenkwellen-Bewegungsmodells berücksichtigt wird, so dass eine Vibration des Lenkrads unterbunden wird, und folglich kann eine glattere automatische Lenkung erzielt werden, die weniger Gefühl von Unbehagen hervorruft.
In der zweiten Ausführungsform wird eine Konfiguration beschrieben, bei welcher der Verdrehwert nicht in der Kostenfunktion enthalten ist, aber die Konfiguration ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise können sowohl der Ausdruck (15), als auch der Ausdruck (16) verwendet werden, um u[1] bis u[N] durch eine iterative Berechnung vom Schritt S3 bis zum Schritt S5 zu berechnen.
Im Ergebnis kann der Verdrehwert der Lenkwelle 2 während der automatischen Lenkung verringert werden, und wenn der Fahrer einen Lenkvorgang durchführt, werden u[1] bis u[N] berechnet, so dass der Wert des Lenkmoments so unterbunden wird, das er gleich groß wie oder niedriger ist als T_{sens_max}, und demzufolge kann eine Beeinflussung des durch den Fahrer vorgenommenen Lenkeingriffs unterbunden werden. Die Randbedingung kann für andere Zustandsgrößen vorgegeben werden, beispielsweise die Gierrate.
Dritte Ausführungsform
Es erfolgt nachstehend die Beschreibung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hinsichtlich der Konfigurationen, die die erste und die dritte Ausführungsform gemeinsam haben, werden die gleichen Namen, Bezugszeichen und Symbole verwendet, und es werden die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben.
Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsformen wird die Verzögerung vom Sollwinkel δ_ref des gelenkten Winkels, der aus der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung 12 ausgegeben wird, bis der gewünschte gelenkte Winkel δ_P durch Steuerung des Motors mittels der Lenksteuerung 9 erreicht ist, nicht berücksichtigt. In diesem Fall treten eine Verzögerung der Übertragung und des Empfangs von Signalen zwischen der Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung 12 und der Lenksteuerung 9 über das Netzwerk, eine Ansprechverzögerung der Lenksteuerung 9 und dergleichen tatsächlich auf.
Diese Verzögerungen werden in den Modellen der ersten Ausführungsform nicht berücksichtigt, und demzufolge nimmt dann, wenn die Verzögerung im tatsächlichen Fahrzeug groß genug ist, dass sie nicht ignoriert werden kann, die Stabilität des Systems ab, und der gelenkte Winkel δ_p kann oszillieren. Folglich wird bei der dritten Ausführungsform die Verzögerung so berücksichtigt, dass eine Vibration des Lenkrads unterbunden wird, wodurch eine noch glattere automatische Lenkung erzielt wird, was eine noch geringere Wahrnehmung eines Unbehagens hervorruft.
Insbesondere unterscheidet sich der Prädiktor 41 im Schritt S3 von demjenigen der ersten Ausführungsform, und er ist ein Prädiktor, der die Verzögerung berücksichtigt. Bei dieser Gelegenheit wird eine Fahrzeugbewegungs-Verzögerung modelliert, die von der Verzögerung von dem Sollwinkel δ_ref zum tatsächlichen gelenkten Winkel δ_p hervorgerufen wird, indem Ausdruck (9) zu Ausdruck (17) korrigiert wird. $B_{c} = [\begin{matrix} 1 \\ 0 \\ - \frac{2 K_{f}}{m} T_{d e l a y} \\ 0 \\ - \frac{2 l_{f} K_{f}}{I_{z}} T_{d e l a y} \\ 0 \\ \frac{C_{t s e n s}}{J_{h}} \end{matrix}]$
Diese Modellierung basiert auf der Überlegung, dass der gelenkte Winkel um einen Wert $T_{d e l a y} {\dot{δ}}_{p}$
abnimmt, bei einer Verzögerung T_delay.
In der dritten Ausführungsform ist der Einfluss der Verzögerung T_delay auf die Instabilität des Steuersystems bei der Fahrzeugbewegung groß, und demzufolge ist das Modell der Verzögerung im Fahrzeug-Bewegungsmodell enthalten. Außerdem ist die Modellierung der Verzögerung nicht auf diese Konfiguration beschränkt, und Modelle der Verzögerung können in dem Ausdruck (3) des Lenkwellen-Bewegungsmodells und dem Ausdruck (4) enthalten sein.
Außerdem wird als die Modellierung der Verzögerung die Verzögerung als die Verzögerung im gelenkten Winkel δ_p modelliert, aber die Verzögerung kann als irgendeine zeitliche Verzögerung der folgenden gelenkten Winkelgeschwindigkeit modelliert sein. ${\dot{δ}}_{p}$
Außerdem ist das Modell der Verzögerung nicht auf den Ausdruck (17) beschränkt, und der gelenkte Winkel δ_{p_delay}, der um Schritte verzögert ist, die der Verzögerung entsprechen, kann auf δ_p des Fahrzeug-Bewegungsmodells in einer diskretisierten Zustandsgleichung angewendet werden, wie durch den Ausdruck (18) gegeben. $δ_{p_d e l a y} = \frac{1}{z^{n_{d e l a y}}} δ_{p}$
Bei der Konfiguration der dritten Ausführungsform ist das Modell der Verzögerung im Bewegungsmodell enthalten, das im Prädiktor 41 verwendet wird, und demzufolge können u[1] bis u[N], die vom Optimierungsrechner 45 berechnet werden, optimale Eingaben unter Berücksichtigung der Verzögerung sein.
Mit anderen Worten: Die Eingaben, auf welche die Korrektur zur Führung angewendet wird, können unter Berücksichtigung der Verzögerung berechnet werden, so dass die Verzögerung beseitigt wird. Im Ergebnis kann die Stabilität des Steuersystems verbessert werden, und es kann eine automatische Lenkung erzielt werden, die eine Vibration unterdrückt, die sanft ist und kein Gefühl von Unbehagen verursacht.
In der ersten Ausführungsform bis dritten Ausführungsform sind die Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung 12 und die Lenksteuerung 9 Einrichtungen, die voneinander unabhängig sind, aber die Steuerung 52 für gelenkten Winkel und der Motortreiber 53 der Lenksteuerung 9 können auch in die Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung 12 eingebaut sein. In diesem Fall ist die Zwischeneinfügung des Netzwerks nicht notwendig, und folglich kann die Verzögerung infolge des Netzwerks entsprechend verbessert werden.
Vierte Ausführungsform
Es erfolgt nachstehend die Beschreibung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hinsichtlich der Konfigurationen, die die erste und die vierte Ausführungsform gemeinsam haben, werden die gleichen Namen, Bezugszeichen und Symbole verwendet, und es werden die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben.
In der vierten Ausführungsform unterscheidet sich das Lenkwellen-Bewegungsmodell 43 von demjenigen der ersten Ausführungsform, und zusätzlich wird der Ausdruck (19) verwendet. $J_{p} \frac{d^{2} δ_{p}}{d^{2} t} = K_{t s e n s} (δ_{h} - δ_{p}) + C_{t s e n s} (\frac{d δ_{h}}{d t} - \frac{d δ_{p}}{d t}) + T_{m o t o r} - T_{a l i g n}$
In dem Ausdruck (19) ist T_align das Drehmoment der Straßenoberflächen-Reaktionskraft, und es wird aus den Zustandsgrößen berechnet, die durch den Ausdruck (1) und den Ausdruck (2) berechnet werden. Außerdem ist T_motor ein Drehmoment, das von dem Motor erzeugt wird, und in diesem Fall wird es mit dem Getriebeverhältnis des Geschwindigkeits-Verringerungsmechanismus 7 multipliziert. Außerdem ist eine Eingabe u an das Modell das Drehmoment T_motor, das vom Motor erzeugt wird. Der Strom des Motors kann auch äquivalent als Eingabe verwendet werden.
Es kann eine Randbedingung für das maximale Drehmoment des Motors 6 vorgegeben werden, indem das Drehmoment T_motor in das Modell eingegeben wird, das vom Motor erzeugt wird. Die Vibration des Lenkrads 1 kann in einem Bereich unterbunden werden, in welchem die Randbedingung erfüllt ist. Die Vibration des Lenkmomentsensors kann ebenfalls unterbunden werden. Das Problem der fehlerhaften Bestimmung des Lenkeingriffs durch den Fahrer kann unterbunden werden. Folglich kann eine sanftere automatische Lenkung erzielt werden, die weniger Gefühl von Unbehagen hervorruft.
Außerdem ist die Eingabe bei dem Modell die gelenkte Winkelgeschwindigkeit bei der ersten Ausführungsform bis dritten Ausführungsform, und sie ist das MotorDrehmoment bei der vierten Ausführungsform, aber die Eingabe kann auch eine gelenkte Winkelbeschleunigung, ein gelenkter Winkelruck und ein Veränderungswert im MotorDrehmoment sein.
In einem solchen Fall kann ein sanfteres Fahrzeugverhalten erzielt werden, indem die gelenkte Winkelbeschleunigung oder der gelenkte Winkelruck eingegeben wird und die gelenkte Winkelbeschleunigung oder der gelenkte Winkelruck der Kostenfunktion und der Randbedingung hinzugefügt wird. Außerdem kann durch die Eingabe des Veränderungswerts des Motor-Drehmoments und die Hinzufügung des Veränderungswerts des Motor-Drehmoments zur Kostenfunktion und der Randbedingung eine plötzliche Veränderung des Motor-Drehmoments unterbunden werden, eine Vibration des Lenkrads kann unterbunden werden, eine Vibration des Drehmomentsensors kann unterbunden werden, das Problem der fehlerhaften Bestimmung des Lenkeingriffs durch den Fahrer kann unterbunden werden, und folglich kann eine sanftere automatische Lenkung erzielt werden, die weniger Gefühl von Unbehagen verursacht.
Fünfte Ausführungsform
Es erfolgt nachstehend die Beschreibung einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hinsichtlich der Konfigurationen, die die erste und die fünfte Ausführungsform gemeinsam haben, werden die gleichen Namen, Bezugszeichen und Symbole verwendet, und es werden die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben.
Bei der fünften Ausführungsform werden die Gewichtungen der jeweiligen Terme der Kostenfunktion J gemäß der Größe des Lenkmoments verändert, das vom Lenkmomentsensor 5 detektiert wird. Wenn beispielsweise das detektierte Lenkmoment hoch ist, dann ist der Absolutwert des Lenkmoments größer als ein vorbestimmter Wert, der im Voraus vorgegeben wird, die Möglichkeit des Lenkeingriffs durch den Fahrer ist hoch, und demzufolge kann verhindert werden, dass der Lenkeingriff durch den Fahrer durch Verringern von Q_y behindert wird und die Verringerung des Lenkmoments gegenüber dem Folgen des Pfades priorisiert wird.
Außerdem kann die Randbedingung gemäß der Größe des Lenkmoments verändert werden, das vom Lenkmomentsensor 5 detektiert wird. Wenn beispielsweise das detektierte Lenkmoment hoch ist und der Absolutwert des Lenkmoments größer ist als der vorbestimmte Wert, dann ist die Möglichkeit des Lenkeingriffs durch den Fahrer hoch, nämlich eine derartige Möglichkeit, dass der Fahrer das Lenkrad 1 hält, und demzufolge empfindet der Fahrer kein Gefühl von Unbehagen, wenn das Verhalten der Lenkwelle 2 sanft bzw. glatt ist.
Wenn also der Absolutwert des Lenkmoments höher ist als der vorbestimmte Wert, werden die effektiven Bereiche der einschränkenden Bedingungen für die gelenkte Winkelgeschwindigkeit, die gelenkte Winkelbeschleunigung, den gelenkten Winkelruck und den Veränderungswert des Motormoments verringert. Im Ergebnis kann eine glattere automatische Lenkung erzielt werden, die weniger ein Gefühl von Unbehagen hervorruft.
Außerdem können die Bewegungsmodelle, die im Prädiktor 41 verwendet werden sollen, gemäß der Größe des Lenkmoments verändert werden, das vom Lenkmomentsensor 5 detektiert wird. Wenn beispielsweise der Absolutwert des detektierten Lenkmoments größer ist als der vorbestimmte Wert, verwendet der Prädiktor 41 auch das Lenkwellen-Bewegungsmodell für einen vorbestimmten im Voraus vorgegebenen Zeitraum.
Wenn andererseits der Absolutwert des detektierten Lenkmoments kleiner ist als der vorbestimmte Wert, verwendet der Prädiktor 41 das Lenkwellen-Bewegungsmodell nicht, und er verwendet nur das Fahrzeug-Bewegungsmodell. Bei dieser Konfiguration gilt Folgendes: Wenn das detektierte Lenkmoment niedrig ist, können die vom Prädiktor verwendeten Modelle vereinfacht werden, und demzufolge kann die Berechnungslast verringert werden.
Sechste Ausführungsform
Es erfolgt nachstehend die Beschreibung einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hinsichtlich der Konfigurationen, die die erste und die sechste Ausführungsform gemeinsam haben, werden die gleichen Namen, Bezugszeichen und Symbole verwendet, und es werden die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben.
In der sechsten Ausführungsform werden die jeweiligen Zustandsgrößen, die das Ergebnis der Vorhersage durch den Prädiktor 41 ist, an die Lenksteuerung 9 über die Schnittstelleneinheit 25 ausgegeben, und zwar mit dem vorbestimmten, im Voraus vorgegebenen Zyklus Ts. Die Lenksteuerung 9 kann die jeweiligen Zustandsgrößen beziehen, die die Ergebnisse sind, die vom Prädiktor 41 vorhergesagt werden, und demzufolge können die Steuerungsparameter der Lenksteuerung 9 und dergleichen im Voraus verändert werden.
Beispielsweise kann ein vorhergesagter Verdrehwert der Lenkwelle 2, der während der automatischen Lenkung auftritt, aus dem Ergebnis der Vorhersage des verdrehten Werts durch den Prädiktor 41 erkannt werden, und demzufolge wird der Schwellenwert für das Lenkmoment, das für die Umgehungsfunktion verwendet werden soll, so eingestellt, dass er größer ist als der vorhergesagte Verdrehwert. Dadurch wird es ermöglicht, eine unerwartete Umgehungs-Bestimmung zu verhindern.
Die erste Ausführungsform bis sechste Ausführungsform können miteinander innerhalb ihrer technischen Konzepte kombiniert werden.
Wie mit dem zweiten Term auf der rechten Seite in dem Ausdruck (3) angezeigt, kann außerdem die Veränderung des Verdrehwerts der Lenkwelle 2 in der Kostenfunktion und der Randbedingung enthalten sein, wodurch der vorhergesagte Wert der Veränderung des Verdrehwerts der Lenkwelle 2 in einem vorbestimmten Zeitraum in der Zukunft verringert wird.
Auch mit dieser Konfiguration wird die Wirkung erzielt, dass der Verdrehwert der Lenkwelle 2 verringert wird. Demzufolge kann eine Vibration des Lenkrads unterbunden werden, und eine Vibration des Lenkmomentsensors kann unterbunden werden. Außerdem kann das Problem der fehlerhaften Bestimmung des Lenkeingriffs durch den Fahrer verhindert werden, und demzufolge kann eine sanftere automatische Lenkung erzielt werden, die weniger Gefühl von Unbehagen bereitet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010126077 A [0004]

Claims

Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung, die Folgendes aufweist: - eine Zustands-Erfassungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie ein Detektionsergebnis von einem Zustandsdetektor erfasst, der zum Detektieren eines Fahrzustands und eines Lenkzustands eines Fahrzeugs konfiguriert ist; eine Sollpfadinformation-Erfassungseinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Sollpfad-Informationen erfasst, die einen Pfad angeben, auf welchem das Fahrzeug fahren soll; - eine Vorhersageeinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Fahrzeug-Bewegungsmodell, das eine Bewegung des Fahrzeugs beschreibt, sowie ein Lenkwellen-Bewegungsmodell verwendet, das eine Bewegung einer Lenkwelle beschreibt, die konfiguriert ist zum Koppeln eines Lenkrads mit einem Motor, konfiguriert zum Unterstützen des Lenkens des Fahrzeugs, so dass sie dadurch eine Abweichung einer Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen vorhersagt, sowie einen Verdrehwert der Lenkwelle; und - einen Rechner, der so konfiguriert ist, dass er einen Sollwert einer Lenksteuerung berechnet, die zum Steuern des Motors auf der Basis der Abweichung der Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen und dem Verdrehwert der Lenkwelle konfiguriert ist, so dass der Verdrehwert der Lenkwelle verringert wird.
Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rechner Folgendes aufweist: - einen Evaluator, der so konfiguriert ist, dass er eine Kostenfunktion berechnet, die aus der Abweichung der Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen und dem Verdrehwert der Lenkwelle gebildet ist, die vom Prädiktor vorhergesagt werden; und - einen Optimierungsrechner, der so konfiguriert ist, dass er einen gelenkten Winkel der Lenkwelle, der zumindest dazu notwendig ist, um zu veranlassen, dass die Kostenfunktion auf einen Wert konvergiert, der gleich groß wie oder kleiner ist als ein vorbestimmter im Voraus vorgegebener Wert oder ein Minimalwert, durch Konvergenz-Berechnung unter Verwendung des Prädiktors und des Evaluators berechnet.
Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Kostenfunktion oder das Fahrzeug-Bewegungsmodell und das Lenkwellen-Bewegungsmodell, die vom Prädiktor verwendet werden sollen, gemäß dem Wert eines Lenkmoments verändert werden, das vom Zustandsdetektor detektiert wird.
Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rechner Folgendes aufweist: - einen Evaluator, der so konfiguriert ist, dass er eine Kostenfunktion berechnet, die aus der Abweichung der Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen, die vom Prädiktor vorhergesagt wird, und einer Randbedingung gebildet ist, die sich auf den Verdrehwert der Lenkwelle bezieht, die vom Prädiktor vorhergesagt wird; und - einen Optimierungsrechner, der so konfiguriert ist, dass er einen gelenkten Winkel der Lenkwelle, der zumindest die Randbedingung erfüllt und dazu notwendig ist, um zu veranlassen, dass die Kostenfunktion auf einen Wert konvergiert, der gleich groß wie oder kleiner ist als ein vorbestimmter im Voraus vorgegebener Wert oder ein Minimalwert, durch Konvergenz-Berechnung unter Verwendung des Prädiktors und des Evaluators berechnet.
Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung nach Anspruch 4, wobei zumindest einen Parameter von Kostenfunktion, Fahrzeug-Bewegungsmodell und Lenkwellen-Bewegungsmodell, die vom Prädiktor verwendet werden sollen, oder die Randbedingung gemäß der Größe eines Lenkmoments verändert werden, das vom Zustandsdetektor detektiert wird.
Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Lenkwellen-Bewegungsmodell, das die Bewegung der Lenkwelle beschreibt, ein Modell enthält, das so konfiguriert ist, dass es die Eingabe von zumindest einem Parameter von einem gelenkten Winkel, einer gelenkten Winkelgeschwindigkeit, einer gelenkten Winkelbeschleunigung oder einem gelenkten Winkelruck entgegennimmt, um den Verdrehwert der Lenkwelle zu berechnen.
Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Prädiktor ein Modell hat, das eine Verzögerung von einem Sollwert der Lenksteuerung zu einer tatsächlichen Betätigung des Motors enthält.
Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner eine Sollwert-Ausgabeeinrichtung aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie den Sollwert der Lenksteuerung an die Lenksteuerung ausgibt, wobei die Sollwert-Ausgabeeinrichtung so konfiguriert ist, dass sie ein Vorhersageergebnis, das vom Prädiktor bezogen wird, an die Lenksteuerung ausgibt.
Fahrzeugfahrt-Unterstützungsverfahren, das von einer Fahrzeugfahrt-Unterstützungseinrichtung durchgeführt werden soll, die zum Unterstützen der Fahrt eines Fahrzeugs konfiguriert ist, wobei das Fahrzeugfahrt-Unterstützungsverfahren Folgendes aufweist: - einen Zustands-Erfassungsschritt, in welchem eine Detektionsergebnis von einer Zustands-Detektionseinrichtung erfasst wird, die zum Detektieren eines Fahrzustands und eines Lenkzustands des Fahrzeugs konfiguriert ist; - einen Sollpfadinformation-Erfassungsschritt, in welchem Sollpfad-Informationen erfasst werden, die einen Pfad angeben, auf welchem das Fahrzeug fahren soll; - einen Vorhersageschritt, in welchem ein Fahrzeug-Bewegungsmodell, das eine Bewegung des Fahrzeugs beschreibt, sowie ein Lenkwellen-Bewegungsmodell verwendet werden, das eine Bewegung einer Lenkwelle beschreibt, die konfiguriert ist zum Koppeln eines Lenkrads mit einem Motor, konfiguriert zum Unterstützen des Lenkens des Fahrzeugs, so dass dadurch eine Abweichung einer Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen vorhersagt wird, sowie ein Verdrehwert der Lenkwelle; und - einen Berechnungsschritt, in welchem ein Sollwert einer Lenksteuerung berechnet wird, die zum Steuern des Motors auf der Basis der Abweichung der Position des Fahrzeugs von den Sollpfad-Informationen und dem Verdrehwert der Lenkwelle konfiguriert ist, so dass der Verdrehwert der Lenkwelle verringert wird.