CN107531276B - 车道维持辅助装置 - Google Patents
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Abstract
在低速区防止本车辆从行驶车道偏离并且防止车辆在行进方向上的摇晃。具体地说,涉及一种进行辅助以使设置于车辆的方向盘与使车辆转向的转向轮被机械地分离的车辆在行驶车道内行驶的车道维持辅助装置,该车道维持辅助装置使用为了使车辆在行驶车道内行驶而计算出的第一转向角以及与方向盘的转轮量对应的第二转向角来控制转向轮的转向角,检测车辆的车速,计算与第一转向角对应的第一反作用力指令值,并且计算与第二转向角对应的第二反作用力指令值,在车速高于规定的阈值时利用仅与第二反作用力指令值对应的转轮反作用力来控制对方向盘施加的转轮反作用力,在车速为规定的阈值以下时利用与第一反作用力指令值和第二反作用力指令值对应的转轮反作用力来控制对方向盘施加的转轮反作用力。
Description
技术领域
本发明涉及一种进行车辆的车道维持控制的车道维持辅助装置。
背景技术
作为车辆的车道维持辅助装置,例如存在一种在专利文献1中记载的技术。
在该现有技术中,在设置于车辆的方向盘与使车辆转向的转向轮被机械地分离的车辆中,根据白线与本车行进方向所成的角度即横摆角来计算偏移量,通过使转轮反作用力特性发生偏移来减轻驾驶员为了使靠近车道端的车辆返回到车道中央侧而进行修正转轮时的转轮负担。
专利文献1:日本特开2014-80177号公报
发明内容
发明要解决的问题
如专利文献1那样,在以往的车道维持辅助装置中,在采用了方向盘与转向轮被机械地分离的线控转向(SBW)的车辆中,独立地控制方向盘的反作用力和转向轮的转向角,因此即使进行转向角控制也不会对驾驶员施加与该转向角控制对应的转轮反作用力。在像这样进行仅控制转向角的车道维持控制的情况下,当车辆高速地行驶时不适感少,因此不存在问题。但是,当车辆低速地行驶时,由于容易意识到转向方向与车辆实际朝向的方向不同,因此有可能产生不适感。
本发明的目的在于提供一种车道维持辅助装置,在低速区实施了车道维持控制的情况下,与现有技术相比,能够求出减轻了驾驶员的不适感的恰当的转轮反作用力。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题,本发明的一个方式所涉及的车道维持辅助装置在设置于车辆的方向盘与使车辆转向的转向轮被机械地分离的车辆中进行辅助,以使车辆在行驶车道内行驶,该车道维持辅助装置使用为了使车辆在行驶车道内行驶而计算出的第一转向角以及与方向盘的转轮量对应的第二转向角来控制转向轮的转向角,检测车辆的车速,计算与第一转向角对应的对方向盘输入的第一反作用力指令值,并且计算与第二转向角对应的对方向盘输入的第二反作用力指令值,在车速高于规定的阈值时利用仅与第二反作用力指令值对应的转轮反作用力来控制对方向盘施加的转轮反作用力,在车速为规定的阈值以下时利用与第一反作用力指令值和第二反作用力指令值对应的转轮反作用力来控制对方向盘施加的转轮反作用力。
发明的效果
根据本发明的一个方式,在实施了车道维持控制的情况下,在高速区不使车道维持控制的结果反映为转轮反作用力,而是基于驾驶员使方向盘转轮的转轮量来控制转轮反作用力,在低速区使用驾驶员使方向盘转轮的转轮量以及与车道维持控制相应的转向角来控制转轮反作用力,由此在低速区实施了车道维持控制的情况下,与现有技术相比,能够求出减轻了驾驶员的不适感的恰当的转轮反作用力。
附图说明
图1是表示装载有车道维持辅助装置的车辆A的转轮系统的结构例的框图。
图2是表示转向控制部的结构例的框图。
图3是表示干扰抑制指令转向角运算部的结构例的框图。
图4是表示与横摆角相应的推斥力运算部的结构例的框图。
图5是表示与横向位置相应的推斥力运算部的结构例的框图。
图6是表示横向位置反馈控制的执行区域的图。
图7是表示转轮反作用力控制部的结构例的框图。
图8是表示横向力偏移部的结构例的框图。
图9是表示转轮反作用力偏移部的结构例的框图。
图10是表示与偏离余量时间相应的反作用力运算部的结构例的框图。
图11是表示与横向位置相应的反作用力运算部的结构例的框图。
图12是表示与转向角相应的反作用力运算部的结构例的框图。
图13是表示前馈轴力计算部的结构的框图。
图14是表示反馈轴力计算部的结构的框图。
图15是与反作用力选择部24c的处理有关的流程图。
图16是用于对转轮反作用力偏移量的计算方法进行说明的说明图。
图17是表示以车速处于高速区且相对于车道保持固定的横摆角的方式行驶的情况下的车道维持控制的图。
图18是表示以车速处于低速区且相对于车道保持固定的横摆角的方式行驶的情况下的车道维持控制的图。
具体实施方式
<实施方式>
下面,参照所附附图对本发明的一个实施方式进行说明。
(结构)
图1是表示装载有本实施方式所涉及的车道维持辅助装置的车辆A的转轮系统的结构例的框图。
如图1所示,车辆A具备转轮部1、转向部2、备用离合器3以及SBW控制器4。车辆A采用了转轮部1与转向部2被机械地分离的线控转向(SBW)系统,其中,该转轮部1接收驾驶员的转轮输入,该转向部2使作为转向轮的左右前轮5FL、5FR转向。
转轮部1具备方向盘1a、柱轴1b、反作用力电动机1c、转轮角传感器1d以及扭矩传感器1e。
方向盘1a接收驾驶员的转轮输入而进行旋转。
柱轴1b与方向盘1a一体地旋转。
反作用力电动机1c的输出轴与柱轴1b为同一个轴,该反作用力电动机1c根据来自SBW控制器4的指令(由后述的反作用力电动机用电流驱动器9a输出的指令电流)来向柱轴1b输出对方向盘1a施加的转轮反作用力扭矩。例如,反作用力电动机1c是无刷电动机等。
转轮角传感器1d检测柱轴1b的旋转角、即方向盘1a的转轮角(方向盘角度)。然后,转轮角传感器1d将检测结果输出到后述的SBW控制器4。
转向部2具备小齿轮轴2a、转向齿轮2b、转向电动机2c、转向角传感器2d、齿条2f以及齿条齿轮2e。
转向齿轮2b根据小齿轮轴2a的旋转来使左右前轮5FL、5FR转向。作为转向齿轮2b,例如能够采用齿条齿轮式的转向齿轮等。
转向电动机2c的输出轴经由减速机与齿条齿轮2e连接,该转向电动机2c根据来自SBW控制器4的指令(由后述的转向电动机用电流驱动器9b输出的指令电流)向齿条2f输出用于使左右前轮5FL、5FR转向的转向扭矩。例如,转向电动机2c是无刷电动机等。
转向角传感器2d检测转向电动机2c的旋转角。在此,在转向电动机2c的旋转角与左右前轮5FL、5FR的转向角(轮胎角度)之间存在唯一确定的相关关系。因此,能够根据转向电动机2c的旋转角来检测左右前轮5FL、5FR的转向角。以下只要没有特别地记载,就将左右前轮5FL、5FR的转向角设为根据转向电动机2c的旋转角计算出的转向角。
备用离合器3设置在柱轴1b与小齿轮轴2a之间。而且,备用离合器3在为分离状态时将转轮部1与转向部2机械地分离,在为接合状态时将转轮部1与转向部2机械地连接。
另外,车辆A具备摄像机6、各种传感器7、导航系统8以及电流驱动器9。
摄像机6检测车辆A前方的行驶道路的影像。接着,摄像机6将检测结果输出到SBW控制器4。
各种传感器7包括车速传感器7a、加速度传感器7b以及横摆率传感器7c。
车速传感器7a检测车辆A的车速。接着,车速传感器7a将检测结果输出到SBW控制器4。
加速度传感器7b检测车辆A的前后方向的加速度(纵向加速度)和车辆A的左右方向的加速度(横向加速度)。然后,加速度传感器7b将检测结果输出到SBW控制器4。
横摆率传感器7c检测车辆A的横摆率(由于对左右前轮5FL、5FR作用的轮胎横向力而发生变动的车辆A的状态量)。然后,横摆率传感器7c将检测结果输出到SBW控制器4。
导航系统8具备GPS(Global Positioning System:全球定位系统)接收机、地图数据库以及显示监视器。而且,导航系统8从GPS接收机和地图数据库获取车辆A的位置和道路信息。接着,导航系统8基于获取到的车辆A的位置和道路信息来进行路径搜索。接着,导航系统8将路径搜索的结果显示于显示监视器。另外,导航系统8将获取到的道路信息中的车辆A的行驶道路的道路信息输出到SBW控制器4。例如,行驶道路的道路信息是行驶道路的类型(高速公路、普通道路)和当前的车辆位置的行驶道路的车道宽度(车道宽度信息)等。
电流驱动器9包括反作用力电动机用电流驱动器9a和转向电动机用电流驱动器9b。
反作用力电动机用电流驱动器9a通过使根据反作用力电动机1c的电流值估计的实际转轮反作用力扭矩与来自SBW控制器4的指令转轮反作用力扭矩一致的扭矩反馈来控制向反作用力电动机1c输入的指令电流。
转向电动机用电流驱动器9b通过使由转向角传感器2d检测的实际转向角与来自SBW控制器4的指令转向角一致的角度反馈来控制向转向电动机2c输入的指令电流。
SBW控制器4获取由转轮角传感器1d、扭矩传感器1e、转向角传感器2d、摄像机6、车速传感器7a、加速度传感器7b、横摆率传感器7c以及导航系统8输出的检测结果(各种信息)。例如,SBW控制器4是电子控制装置(ECU)等。
在本实施方式中,SBW控制器4具备影像处理部4a、转向控制部10以及转轮反作用力控制部20。此外,实际上,影像处理部4a、转轮反作用力控制部20以及转向控制部10也可以是各自独立的电路或装置。
影像处理部4a针对从摄像机6获取到的车辆A前方的行驶道路的影像进行边缘提取等图像处理并检测行驶车道的左右的行驶道路区分线(道路白线)。此外,实际上,道路白线也可以是黄线、虚线。另外,在不存在道路白线或难以检测到道路白线的情况下,也可以检测路肩、路缘石、侧槽、护栏(防护栏)、隔音壁、护壁、中央隔离带等来替代检测道路白线。然后,影像处理部4a将行驶车道的左右的行驶道路区分线的检测结果(白线信息)输出到转向控制部10和转轮反作用力控制部20。
转向控制部10基于获取到的各种信息来计算控制左右前轮5FL、5FR的转向角的指令。然后,转向控制部10将计算出的指令转向角输出到转向电动机用电流驱动器9b。后文叙述转向控制部10的详细内容。
转轮反作用力控制部20基于获取到的各种信息来计算控制对柱轴1b施加的转轮反作用力扭矩的指令。然后,转轮反作用力控制部20将计算出的指令转轮反作用力扭矩输出到反作用力电动机用电流驱动器9a。后文叙述转轮反作用力控制部20的详细内容。
(转向控制部10的结构)
图2是表示转向控制部10的结构例的框图。
如图2所示,转向控制部10具备SBW指令转向角运算部11、干扰抑制指令转向角运算部12以及加法器10a。
SBW指令转向角运算部11基于由转轮角传感器1d和车速传感器7a输出的检测结果(转轮角、车速)来计算用于作为与方向盘1a的转轮相应的左右前轮5FL、5FR的转向角的转向角(SBW指令转向角)。然后,SBW指令转向角运算部11将计算结果输出到加法器10a。
干扰抑制指令转向角运算部12基于由车速传感器7a和影像处理部4a输出的检测结果(车速、白线信息)来计算用于对由SBW指令转向角运算部11输出的计算结果(SBW指令转向角)进行校正的转向角(干扰抑制指令转向角)。例如,干扰抑制指令转向角是用于使由于干扰产生的横摆角(后述)等减小的转向角。然后,干扰抑制指令转向角运算部12将计算结果输出到加法器10a。
加法器10a对由SBW指令转向角运算部11输出的计算结果(SBW指令转向角)加上由干扰抑制指令转向角运算部12输出的计算结果(干扰抑制指令转向角)。由此,加法器10a利用干扰抑制指令转向角来校正SBW指令转向角。然后,加法器10a将加法运算结果作为指令转向角输出到转向电动机用电流驱动器9b。
(干扰抑制指令转向角运算部12的结构)
图3是表示干扰抑制指令转向角运算部12的结构例的框图。
如图3所示,干扰抑制指令转向角运算部12具备横摆角运算部12a、曲率运算部12b、横向位置运算部12c、与横摆角相应的推斥力运算部13、与横向位置相应的推斥力运算部14、加法器12d、目标横摆力矩运算部12e、目标横摆加速度运算部12f、目标横摆率运算部12g、指令转向角运算部12h以及限幅处理部12i。
横摆角运算部12a基于由车速传感器7a和影像处理部4a输出的检测结果(车速、白线信息)来计算前方注视点处的横摆角。作为前方注视点处的横摆角,例如具有在设定时间(例如,0.5秒)后行驶车道(道路白线)与车辆A行进方向所成的角度。然后,横摆角运算部12a将计算结果输出到与横摆角相应的推斥力运算部13以及与横向位置相应的推斥力运算部14。
曲率运算部12b基于由车速传感器7a和影像处理部4a输出的检测结果(车速、白线信息)来计算前方注视点处的道路白线的曲率。作为前方注视点处的道路白线的曲率,例如具有设定时间(0.5秒)后的车辆A位置的行驶车道(道路白线)的曲率。然后,曲率运算部12b将计算结果输出到与横摆角相应的推斥力运算部13以及与横向位置相应的推斥力运算部14。
横向位置运算部12c基于由影像处理部4a输出的检测结果(白线信息)来计算前方注视点处的从车辆A到道路白线的距离(横向位置)(以下,也称为前方注视点处的横向位置)。作为前方注视点处的横向位置,例如具有设定时间(0.5秒)后的从车辆A位置到道路白线的距离(横向位置)。然后,横向位置运算部12c将计算结果输出到与横向位置相应的推斥力运算部14。
与横摆角相应的推斥力运算部13基于由横摆角运算部12a、曲率运算部12b以及车速传感器7a输出的检测结果(前方注视点处的横摆角、前方注视点处的道路白线的曲率、车速)来进行横摆角反馈控制(转向控制)。在横摆角反馈控制中,计算用于使由于干扰产生的横摆角减小的车辆A的推斥力(以下,也称为与横摆角相应的推斥力)。由此,在横摆角反馈控制中,基于前方注视点处的横摆角向该横摆角减小的方向控制左右前轮5FL、5FR的转向角。然后,与横摆角相应的推斥力运算部13将计算结果输出到加法器12d。后文叙述与横摆角相应的推斥力运算部13的详细内容。
与横向位置相应的推斥力运算部14基于由横摆角运算部12a、曲率运算部12b、横向位置运算部12c以及车速传感器7a输出的检测结果(前方注视点处的横摆角、前方注视点处的道路白线的曲率、前方注视点处的横向位置、车速)来进行横向位置反馈控制(转向角控制)。在横向位置反馈控制中,计算用于使由于干扰产生的横向位置变化减少的车辆A的推斥力(以下,也称为与横向位置相应的推斥力)。由此,在横向位置反馈控制中,基于前方注视点处的横向位置,朝向车辆A所行驶的车道的中央方向、即横向位置减少的方向来控制左右前轮5FL、5FR的转向角。然后,与横向位置相应的推斥力运算部14将计算结果输出到加法器12d。后文叙述与横向位置相应的推斥力运算部14的详细内容。
加法器12d将由与横摆角相应的推斥力运算部13输出的计算结果(与横摆角相应的推斥力)和由与横向位置相应的推斥力运算部14输出的计算结果(与横向位置相应的推斥力)相加。然后,加法器12d将加法运算结果(以下,也称为横向推斥力)输出到目标横摆力矩运算部12e。
目标横摆力矩运算部12e基于由加法器12d输出的计算结果(横向推斥力)来计算目标横摆力矩。具体地说,目标横摆力矩运算部12e基于横向推斥力、轴距WHEELBASE、后轮轴重以及前轮轴重,并按照下述(1)式来计算目标横摆力矩M*。然后,目标横摆力矩运算部12e将计算结果输出到目标横摆加速度运算部12f。
M*=横向推斥力×(后轮轴重/(前轮轴重+后轮轴重))×WHEELBASE……(1)
目标横摆加速度运算部12f基于由目标横摆力矩运算部12e输出的计算结果(目标横摆力矩)来计算目标横摆加速度。具体地说,目标横摆加速度运算部12f对目标横摆力矩乘以预先决定的横摆惯性力矩系数。然后,目标横摆加速度运算部12f将乘法运算结果作为目标横摆加速度输出到目标横摆率运算部12g。
目标横摆率运算部12g基于由目标横摆加速度运算部12f输出的计算结果(目标横摆加速度)来计算目标横摆率(横摆角的变化速度)。具体地说,目标横摆率运算部12g对目标横摆加速度乘以车头时距。然后,目标横摆率运算部12g将乘法运算结果作为目标横摆率输出到指令转向角运算部12h。
指令转向角运算部12h基于由目标横摆率运算部12g和车速传感器7a输出的检测结果(目标横摆率、车速)来计算干扰抑制指令转向角。具体地说,指令转向角运算部12h基于目标横摆率车速V、轴距WHEELBASE以及车辆A的特性速度Vch,并按照下述(2)式来计算干扰抑制指令转向角δst*。在此,作为车辆A的特性速度Vch,例如存在已知的阿克曼(Ackerman)方程式中的表示车辆A的自转向特性的参数。然后,指令转向角运算部12h将计算结果输出到限幅处理部12i。
δst*=(φ*×WHEELBASE×(1+(V/Vch)2)×180)/(V×MPI)……(2)
此外,MPI是预先决定的系数。
限幅处理部12i对由指令转向角运算部12h输出的计算结果(干扰抑制指令转向角δst*)的最大值以及变化率的上限进行限制。关于干扰抑制指令转向角δst*的最大值,在传统的转轮装置(转轮部1与转向部2被机械地连接的转轮装置)中,设为方向盘1a的转轮角处于中立位置附近的游隙的角度范围(例如,左右3°)时的与该游隙的范围对应的左右前轮5FL、5FR的转向角范围(例如,左右0.2°)。然后,限幅处理部12i将限制后的干扰抑制指令转向角δst*输出到加法器10a(参照图2)。
(与横摆角相应的推斥力运算部13的结构)
图4是表示与横摆角相应的推斥力运算部13的结构例的框图。
如图4所示,与横摆角相应的推斥力运算部13具备上下限限幅器13a、设定增益乘法部13b、车速校正增益乘法部13c、曲率校正增益乘法部13d以及乘法器13e。
上下限限幅器13a对由横摆角运算部12a输出的计算结果(前方注视点处的横摆角)进行上下限限幅处理。在上下限限幅处理中,例如在横摆角为正值的情况下(将道路白线与车辆A行进方向的延长线交叉时的横摆角设为正),将计算结果设为能够抑制干扰的设定值以上的值且比车辆A变得振动的值和因驾驶员的转轮产生的值小的正值(上限值。例如1°)。另外,在上下限限幅处理中,例如在横摆角为负的情况下将计算结果设为0。然后,上下限限幅器13a将上下限限幅处理后的横摆角输出到设定增益乘法部13b。由此,上下限限幅处理后的横摆角仅在产生了横摆角的情况下为正值。
设定增益乘法部13b对由上下限限幅器13a输出的计算结果(上下限限幅处理后的横摆角)乘以预先决定的设定增益。设定增益例如设为能够在避免控制量不足的同时确保响应性的值以上的值。另外,设定增益设为比车辆A变得振动的值和驾驶员感觉到转轮角与转向角之间的中立偏离的值小的值。然后,设定增益乘法部13b将乘法运算结果(以下,也称为上限值乘法运算后的设定增益)输出到乘法器13e。
车速校正增益乘法部13c对由车速传感器7a输出的检测结果(车速)乘以预先决定的车速校正增益。车速校正增益例如在车速为0km/h~70km/h的范围内为最大值,在车速为70km/h~130km/h的范围内,车速越大则车速校正增益越减少,在车速为130km/h以上的范围,车速校正增益为最小值(例如,几乎为0)。然后,车速校正增益乘法部13c将乘法运算结果输出到乘法器13e。
曲率校正增益乘法部13d对由曲率运算部12b输出的检测结果(前方注视点处的曲率)乘以预先决定的曲率校正增益。曲率校正增益例如在曲率为R1~R2(>R1)的范围内为最大值,在曲率为R2~R3(>R2)的范围内,曲率越大则曲率校正增益越减少,在曲率为R3以上的范围,曲率校正增益为最小值(例如,几乎为0)。然后,曲率校正增益乘法部13d将乘法运算结果输出到乘法器13e。由此,前方注视点处的曲率越大,曲率校正增益乘法部13d越能够减小乘法运算结果。
乘法器13e将由设定增益乘法部13b、车速校正增益乘法部13c以及曲率校正增益乘法部13d输出的计算结果彼此相乘。然后,将乘法运算结果作为与横摆角相应的推斥力输出到加法器12d。由此,仅在产生了横摆角的情况下,干扰抑制指令转向角运算部12进行横摆角反馈控制。
另外,前方注视点处的曲率越大,乘法器13e(转向控制部10)越能够降低与横摆角相应的推斥力的绝对值。因此,例如在车辆A在曲率半径小的弯道(弯曲道路)上行驶的情况下,转向控制部10能够降低与横摆角相应的推斥力。因此,转向控制部10能够抑制左右前轮5FL、5FR向横摆角减小的方向进行转向。由此,驾驶员能够在更符合意图的路径上驾驶车辆A。
(与横向位置相应的推斥力运算部14的结构)
图5是表示与横向位置相应的推斥力运算部14的结构例的框图。
如图5所示,与横向位置相应的推斥力运算部14具备减法器14a、上下限限幅器14b、距离校正增益乘法部14c、横向位置反馈增益乘法部14d、车速校正增益乘法部14e以及曲率校正增益乘法部14f。
减法器14a从预先决定的横向位置阈值(例如,90cm)减去由横向位置运算部12c输出的计算结果(前方注视点处的从车辆A到道路白线的距离(横向位置))。然后,减法器14a将减法运算结果(以下,也称为横向位置偏差)输出到上下限限幅器14b。由此,横向位置偏差仅在前方注视点处的从车辆A到道路白线的距离小于90cm的情况(是相邻车道侧的情况)下为正值。
上下限限幅器14b对由减法器14a输出的计算结果(横向位置偏差)进行上下限限幅处理。在上下限限幅处理中,例如在横向位置偏差为正值的情况下将计算结果设为预先决定的正值,在横向位置偏差为负值的情况下将计算结果设为0。然后,上下限限幅器14b将上下限限幅处理后的横向位置偏差输出到乘法器14g。由此,上下限限幅处理后的横向位置偏差仅在前方注视点处的从车辆A到道路白线的距离小于90cm的情况(是相邻车道侧的情况)下为正值。
距离校正增益乘法部14c对由横向位置运算部12c输出的计算结果(前方注视点处的横向位置)乘以距离校正增益。距离校正增益例如在车辆A到道路白线的距离(横向位置)为Y1~Y2(>Y1)的范围内为最大值,在横向位置为Y2~Y3(>Y2)的范围内,横向位置越大则距离校正增益越减小,在横向位置为Y3以上的范围,距离校正增益为最小值。然后,距离校正增益乘法部14c将乘法运算结果(以下,也称为校正后的到道路白线的距离)输出到横向位置反馈增益乘法部14d。
横向位置反馈增益乘法部14d对由距离校正增益乘法部14c输出的计算结果(校正后的到道路白线的距离)乘以预先决定的横向位置反馈增益。横向位置反馈增益例如设为能够在避免控制量不足的同时确保响应性的设定值以上的值。另外,横向位置反馈增益设为比车辆A变得振动的值和驾驶员感觉到中立偏离的值小的值。并且,横向位置反馈增益设为比横摆角反馈增益小的值。然后,横向位置反馈增益乘法部14d将乘法运算结果输出到乘法器14g。
车速校正增益乘法部14e对由车速传感器7a输出的检测结果(车速)乘以预先决定的车速校正增益。车速校正增益例如在车速为0km/h~70km/h的范围内为最大值,在车速为70km/h~130km/h的范围内,车速越大则车速校正增益越减少,在车速130km/h以上的范围,车速校正增益为最小值(例如0)。然后,车速校正增益乘法部14e将乘法运算结果输出到乘法器14g。
曲率校正增益乘法部14f对由曲率运算部12b输出的检测结果(前方注视点处的曲率)乘以预先决定的曲率校正增益。曲率校正增益例如在前方注视点处的曲率为R1~R2(>R1)的范围内为最大值,在曲率为R2~R3(>R2)的范围内,曲率越大则曲率校正增益越减少,在曲率为R3以上的范围,曲率校正增益为最小值(例如0)。然后,曲率校正增益乘法部14f将乘法运算结果输出到乘法器14g。
(横向位置反馈控制的执行区域)
图6是表示横向位置反馈控制的执行区域的图。
乘法器14g将由横向位置反馈增益乘法部14d、车速校正增益乘法部14e以及曲率校正增益乘法部14f输出的计算结果彼此相乘。然后,乘法器14g将乘法运算结果(以下,也称为与横向位置相应的推斥力)输出到加法器12d。由此,仅在前方注视点处的从车辆A到道路白线的距离小于90cm、也就是与距离道路白线90cm的位置相比靠相邻车道侧的情况下,干扰抑制指令转向角运算部12进行横向位置反馈控制。即,如图6所示,行驶车道中央附近为不进行横向位置反馈控制的区域(不灵敏区)。
另外,前方注视点处的曲率越大,乘法器14g(转向控制部10)越能够降低与横向位置相应的推斥力的绝对值。因此,例如在车辆A在曲率半径小的弯道上行驶的情况下,转向控制部10能够降低与横向位置相应的推斥力。因此,转向控制部10能够抑制左右前轮5FL、5FR向横向位置减小的方向进行转向。由此,驾驶员能够在更符合意图的路径上驾驶车辆A。
(转轮反作用力控制部20的结构)
图7是表示转轮反作用力控制部20的结构例的框图。
如图7所示,转轮反作用力控制部20具备横向力运算部21、横向力偏移部22、减法器20a、SAT运算部23、加法器20b、转轮反作用力扭矩偏移部24以及加法器20c。
横向力运算部21基于由转轮角传感器1d和车速传感器7a输出的检测结果(转轮角、车速),并参照转轮角-横向力变换对应图(MAP)来估计轮胎横向力。即,横向力运算部21基于转轮角、车速以及转轮角-横向力变换对应图来估计轮胎横向力。例如,转轮角-横向力变换对应图是预先在实验等中计算出的表示传统的转轮装置(转轮部1与转向部2被机械地连接的转轮装置)的每个车速的转轮角与轮胎横向力的关系的对应图。在转轮角-横向力变换对应图中,转轮角越大,将轮胎横向力设为越大的值。另外,在转轮角-横向力变换对应图中,与转轮角大时相比,在转轮角小时增大与转轮角的变化量对应的轮胎横向力的变化量。并且,在转轮角-横向力变换对应图中,车速越高,将轮胎横向力设为越小的值。然后,横向力运算部21将计算结果输出到减法器20a。
横向力偏移部22基于由车速传感器7a和影像处理部4a输出的检测结果(车速、白线信息)来计算横向力偏移量。例如,横向力偏移量是用于使与由轮胎横向力产生的自校准扭矩(SAT)相应的表示转轮反作用力扭矩的转轮反作用力特性偏移的偏移量。自校准扭矩是由路面反作用力产生的要使车轮恢复为直行状态的力(恢复力)。另外,转轮反作用力特性是在后述的SAT运算部23中使用的横向力-转轮反作用力变换对应图。道路白线的曲率越大,横向力偏移量越向与自校准扭矩相同符号方向偏移。然后,横向力偏移部22将计算结果输出到减法器20a。后文叙述横向力偏移部22的详细内容。
减法器20a从由横向力运算部21输出的计算结果(轮胎横向力)减去由横向力偏移部22输出的计算结果(横向力偏移量)。由此,减法器20a能够使表示与由轮胎横向力产生的自校准扭矩相应的转轮反作用力扭矩的转轮反作用力特性(后述的横向力-转轮反作用力变换对应图)向与自校准扭矩相同符号方向偏移。然后,减法器20a将减法运算结果(偏移后的轮胎横向力)输出到SAT运算部23。
SAT运算部23基于由减法器20a输出的计算结果(偏移后的轮胎横向力),并参照横向力-转轮反作用力变换对应图来计算由偏移后的轮胎横向力产生的转轮反作用力扭矩。即,SAT运算部23基于偏移后的轮胎横向力和横向力-转轮反作用力变换对应图来计算由偏移后的轮胎横向力产生的转轮反作用力扭矩。然后,SAT运算部23将计算结果(转轮反作用力扭矩)输出到加法器20b。
例如,横向力-转轮反作用力变换对应图是预先在实验等中计算出的表示传统的转轮装置的轮胎横向力与转轮力扭矩的关系的对应图。即,横向力-转轮反作用力变换对应图设为在传统的转轮装置中模拟了表示与由轮胎横向力产生的自校准扭矩相应的转轮反作用力扭矩的转轮反作用力特性的对应图。在横向力-转轮反作用力变换对应图中,轮胎横向力越大,将转轮反作用力扭矩设为越大的值。另外,在横向力-转轮反作用力变换对应图中,与轮胎横向力大时相比,在轮胎横向力小时增大与轮胎横向力的变化量对应的转轮反作用力扭矩的变化量。并且,在横向力-转轮反作用力变换对应图中,车速越高,将转轮反作用力扭矩设为越小的值。
加法器20b对由SAT运算部23输出的计算结果(转轮反作用力扭矩)加上与转向特性相应的转轮反作用力扭矩成分(弹性项、粘性项、惯性项)。弹性项是与转轮角成比例的成分,通过对转轮角乘以规定的增益来计算出弹性项。粘性项是与转轮角速度成比例的成分,通过对转轮角速度乘以规定的增益来计算出粘性项。惯性项是与转轮角加速度成比例的成分,通过对转轮角加速度乘以规定的增益来计算出惯性项。然后,加法器20b将加法运算结果(转轮反作用力扭矩+转轮反作用力扭矩成分)输出到加法器20c。
转轮反作用力扭矩偏移部24基于由转向角传感器2d、车速传感器7a以及影像处理部4a输出的检测结果(转向角、车速、车辆A前方的行驶道路的影像)来计算转轮反作用力偏移量。例如,转轮反作用力偏移量是用于使转轮反作用力特性(横向力-转轮反作用力变换对应图)向转轮反作用力扭矩变大的方向偏移的偏移量。在此,在车速高于第一阈值时(例如车速为60km/h以上时),转轮反作用力扭矩偏移部24根据驾驶员使方向盘1a转轮的转轮量来使转轮反作用力特性向从车辆A到道路白线的距离(横向位置)或偏离余量时间越短则转轮反作用力扭矩越大的方向偏移。反之,在车速低于第二阈值时(例如车速小于40km/h时),转轮反作用力扭矩偏移部24使转轮反作用力特性向转向角越大则转轮反作用力扭矩越大的方向偏移。此外,第一阈值和第二阈值均为事先设定的基准值(设定值)。在此,假设第一阈值与第二阈值为不同的值,但实际上也能够设为相同的值。然后,转轮反作用力扭矩偏移部24将计算结果输出到加法器20c。后文叙述转轮反作用力扭矩偏移部24的详细内容。
加法器20c对由加法器20b输出的计算结果(转轮反作用力扭矩+转轮反作用力扭矩成分)加上由转轮反作用力扭矩偏移部24输出的计算结果(转轮反作用力偏移量)。然后,加法器20c将加法运算结果作为指令转轮反作用力扭矩输出到反作用力电动机用电流驱动器9a。
(横向力偏移部22的结构)
图8是表示横向力偏移部22的结构例的框图。
如图8所示,横向力偏移部22具备曲率运算部22a、上下限限幅器22b、SAT增益运算部22c、乘法器22d以及限幅处理部22e。
曲率运算部22a基于由影像处理部4a输出的检测结果(白线信息)来计算前方注视点处的道路白线的曲率(设定时间(0.5秒)后的车辆A位置的道路白线的曲率)。然后,曲率运算部22a将计算结果输出到乘法器22d。
上下限限幅器22b对由车速传感器7a输出的检测结果(车速)进行上下限限幅处理。在上下限限幅处理中,例如在车速为0~V(>0)的范围内,车速越大则越将检测结果增大,在车速为V以上的范围将检测结果设为最大值。然后,上下限限幅器22b将上下限限幅处理后的车速输出到SAT增益运算部22c。
SAT增益运算部22c基于由上下限限幅器22b输出的计算结果(限幅处理后的车速)来计算与车速相应的SAT增益。关于与车速相应的SAT增益,例如在车速为0km/h~70km/h的范围内,车速越大则越增大SAT增益,在车速为70km/h以上的范围,SAT增益为最大值。另外,关于与车速相应的SAT增益,与车速小时相比,在车速大时与车速的变化量对应的该SAT增益的变化量变大。然后,SAT增益运算部22c将计算结果输出到乘法器22d。
乘法器22d对由曲率运算部22a输出的计算结果(前方注视点处的道路白线的曲率)乘以由SAT增益运算部22c输出的计算结果(与车速相应的SAT增益)。然后,乘法器22d将乘法运算结果作为横向力偏移量输出到限幅处理部22e。由此,前方注视点处的道路白线的曲率越大,也就是道路白线的曲率半径越小,则乘法器22d越能够增大横向力偏移量。
限幅处理部22e对由乘法器22d输出的计算结果(横向力偏移量)的最大值以及变化率的上限进行限制。横向力偏移量的最大值设为1000N。另外,横向力偏移量的变化率的上限设为600N/s。然后,限幅处理部22e将限制后的横向力偏移量输出到减法器20a。
(转轮反作用力扭矩偏移部24的结构)
图9是表示转轮反作用力扭矩偏移部24的结构例的框图。
如图9所示,转轮反作用力扭矩偏移部24具备横摆角运算部24a、横向位置运算部24b、与偏离余量时间相应的反作用力运算部25、与横向位置相应的反作用力运算部26、与转向角相应的反作用力运算部27、反作用力选择部24c以及限幅处理部24d。
横摆角运算部24a基于由影像处理部4a输出的检测结果(白线信息)来计算前方注视点处的横摆角(道路白线与车辆A行进方向所成的角度)。然后,横摆角运算部24a将计算结果输出到与偏离余量时间相应的反作用力运算部25。
横向位置运算部24b基于由影像处理部4a和导航系统17输出的检测结果(白线信息、车道宽度信息)来计算车辆A的当前位置处的从车辆A到道路白线的距离(横向位置)(以下,也称为当前位置处的横向位置)和前方注视点处的横向位置。然后,横向位置运算部24b将计算结果输出到与偏离余量时间相应的反作用力运算部25以及与横向位置相应的反作用力运算部26。
与偏离余量时间相应的反作用力运算部25基于由车速传感器7a、横摆角运算部24a以及横向位置运算部24b输出的检测结果等(车速、前方注视点处的横摆角、前方注视点处的横向位置)来计算与偏离余量时间相应的反作用力。作为与偏离余量时间相应的反作用力,例如存在偏离余量时间越短越增大的反作用力。作为偏离余量时间,例如存在直到车辆A偏离行驶车道为止所需的时间(余量时间)。然后,与偏离余量时间相应的反作用力运算部25将计算结果输出到反作用力选择部24c。后文叙述与偏离余量时间相应的反作用力运算部25的详细内容。
与横向位置相应的反作用力运算部26基于由横向位置运算部24b输出的计算结果(当前位置处的横向位置)来计算与横向位置相应的反作用力。作为与横向位置相应的反作用力,例如存在横向位置偏差越长越增大的反作用力。作为横向位置偏差,例如存在从车辆A到目标左横向位置的距离和从车辆A到目标右横向位置的距离中的较大的一方。另外,作为目标左横向位置,例如存在从左道路白线起靠道路中央侧90cm的位置。作为目标右横向位置,例如存在从右道路白线起靠道路中央侧90cm的位置。然后,与横向位置相应的反作用力运算部26将计算结果输出到反作用力选择部24c。后文叙述与横向位置相应的反作用力运算部26的详细内容。
与转向角相应的反作用力运算部27基于由转向角传感器2d和车速传感器7a输出的检测结果(转向角、车速)来计算与转向角相应的反作用力。作为与转向角相应的反作用力,例如存在转向角越大越增大的反作用力。然后,与转向角相应的反作用力运算部27将计算结果输出到反作用力选择部24c。后文叙述与转向角相应的反作用力运算部27的详细内容。
反作用力选择部24c基于由车速传感器7a输出的检测结果(车速)、由与偏离余量时间相应的反作用力运算部25输出的计算结果(与偏离余量时间相应的反作用力)、由与横向位置相应的反作用力运算部26输出的计算结果(与横向位置相应的反作用力)以及由与转向角相应的反作用力运算部27输出的计算结果(与转向角相应的反作用力)来选择最佳的反作用力。例如,在车速高于第一阈值时(例如车速为60km/h以上时),反作用力选择部24c选择与偏离余量时间相应的反作用力以及与横向位置相应的反作用力中的绝对值较大的一方。反之,在车速低于第二阈值时(例如车速小于40km/h时),反作用力选择部24c选择与转向角相应的反作用力。然后,反作用力选择部24c将选择结果作为转轮反作用力偏移量输出到限幅处理部24d。
限幅处理部24d对由反作用力选择部24c输出的选择结果(转轮反作用力偏移量)的最大值以及变化率的上限进行限制。转轮反作用力偏移量的最大值设为2Nm。另外,转轮反作用力偏移量的变化率的上限设为10Nm/s。然后,限幅处理部24d将限制后的转轮反作用力偏移量输出到加法器20c(参照图7)。
(与偏离余量时间相应的反作用力运算部25的结构)
图10是表示与偏离余量时间相应的反作用力运算部25的结构例的框图。
如图10所示,与偏离余量时间相应的反作用力运算部25具备乘法器25a、除法器25b、除法器25c、偏离余量时间选择部25d以及与偏离余量时间相应的反作用力运算部25e。
乘法器25a对由横摆角运算部24a输出的计算结果(横摆角)乘以车速。然后,乘法器25a将乘法运算结果(以下,也称为车辆A的横向速度)输出到除法器25b和除法器25c。
除法器25b将由横向位置运算部24b输出的计算结果(当前位置处的横向位置)中的、前方注视点处的从车辆A到左道路白线的距离(相对于左道路白线的横向位置)除以由乘法器25a输出的计算结果(横向速度)。然后,除法器25b将除法运算结果(以下,也称为相对于左道路白线的偏离余量时间)输出到偏离余量时间选择部25d。
除法器25c将由横向位置运算部24b输出的计算结果(当前位置处的横向位置)中的、前方注视点处的从车辆A到右道路白线的距离(相对于右道路白线的横向位置)除以由乘法器25a输出的计算结果(横向速度)。然后,除法器25c将除法运算结果(以下,也称为相对于右道路白线的偏离余量时间)输出到偏离余量时间选择部25d。
偏离余量时间选择部25d选择由除法器25b输出的计算结果(相对于左道路白线的偏离余量时间)和由除法器25c输出的计算结果(相对于右道路白线的偏离余量时间)中的较短的一方。然后,偏离余量时间选择部25d将选择结果(以下,也称为偏离余量时间)输出到与偏离余量时间相应的反作用力运算部25e。
与偏离余量时间相应的反作用力运算部25e基于由偏离余量时间选择部25d输出的计算结果(偏离余量时间)来计算与偏离余量时间相应的反作用力。与偏离余量时间相应的反作用力在偏离余量时间为3秒以上的范围为最低值(例如,几乎为0),在偏离余量时间为0秒~3秒的范围内,偏离余量时间越短则越增大与偏离余量时间相应的反作用力(成为与偏离余量时间成反比例的值)。然后,与偏离余量时间相应的反作用力运算部25e将计算结果作为与偏离余量时间相应的反作用力输出到反作用力选择部24c(参照图9)。由此,偏离余量时间越短,与偏离余量时间相应的反作用力越增大。
(与横向位置相应的反作用力运算部26的结构)
图11是表示与横向位置相应的反作用力运算部26的结构例的框图。
如图11所示,与横向位置相应的反作用力运算部26具备减法器26a、减法器26b、横向位置偏差选择部26c以及与横向位置偏差相应的反作用力运算部26d。
减法器26a从由横向位置运算部24b输出的计算结果(车辆A的当前位置处的从车辆A到左道路白线的距离(相对于左道路白线的横向位置))减去预先决定的目标左横向位置(例如,90cm)。然后,减法器26a将减法运算结果(以下,也称为相对于左道路白线的横向位置偏差)输出到横向位置偏差选择部26c。
减法器26b从由横向位置运算部24b输出的计算结果(车辆A的当前位置处的从车辆A到右道路白线的距离(相对于右道路白线的横向位置))减去预先决定的目标右横向位置(例如,90cm)。然后,减法器26b将减法运算结果(以下,也称为相对于右道路白线的横向位置偏差)输出到横向位置偏差选择部26c。
横向位置偏差选择部26c选择由减法器26a输出的计算结果(相对于左道路白线的横向位置偏差)和由减法器26b输出的计算结果(相对于右道路白线的横向位置偏差)中的较大的一方。然后,横向位置偏差选择部26c将选择结果(以下,也称为横向位置偏差)输出到与横向位置偏差相应的反作用力运算部26d。
与横向位置偏差相应的反作用力运算部26d基于由横向位置偏差选择部26c输出的计算结果(横向位置偏差)来计算与横向位置相应的反作用力。在横向位置偏差小于设定值的范围,横向位置偏差越大则与横向位置相应的反作用力越增大,在横向位置偏差为设定值以上的范围,与横向位置相应的反作用力为最大值。然后,与横向位置偏差相应的反作用力运算部26d将计算结果作为与横向位置相应的反作用力输出到反作用力选择部24c(参照图9)。由此,横向位置偏差越长,与横向位置相应的反作用力越大。
(与转向角相应的反作用力运算部27的结构)
图12是表示与转向角相应的反作用力运算部27的结构例的框图。
如图12所示,与转向角相应的反作用力运算部27具备前馈轴力计算部27a、反馈轴力计算部27b、最终轴力计算部27c以及轴力-转轮反作用力变换部27d。
图13是表示前馈轴力计算部27a的结构的框图。
如图13所示,前馈轴力计算部27a基于由转轮角传感器1d检测出的转轮角δ和由车速传感器7a检测出的车速V来计算前馈轴力TFF。然后,前馈轴力计算部27a将计算结果输出到最终轴力计算部27c。
在此,基于具备将方向盘1a与左右前轮5FL、5FR机械地连接的转轮机构的车辆的运动方程式并利用下述(3)式来表示转向小齿轮角Θ与小齿轮轴力Th的关系式。作为转向小齿轮角Θ,例如存在小齿轮轴2a的旋转角。作为小齿轮轴2a的旋转角,例如存在转轮角δ乘以转轮角δ与转向角θ之间的可变齿轮比而得到的乘法值。另外,作为小齿轮轴力Th,例如存在对方向盘1a施加的转轮反作用力。下述(3)式的右边第一项是表示构成小齿轮轴力Th的成分中的基于转向小齿轮角速度dΘ/dt的成分的阻尼项。另外,右边第二项是表示构成小齿轮轴力Th的成分中的基于转向小齿轮角加速度d2Θ/dt2的成分的惯性项。并且,右边第三项是表示构成小齿轮轴力Th的成分中的基于轮胎横向力Fd(转向小齿轮角Θ)的成分的比例项。
其中,Ks是小齿轮刚性,Cs是小齿轮粘性,Jr是齿条惯性,Cr是齿条粘性。
另外,在上述(3)式中,右边第二项即惯性项包含大量噪声成分,在小齿轮轴力Th的计算结果中诱发振动,因此优选去除噪声成分。并且,轮胎横向力Fd作为依赖于转向小齿轮角Θ和车速V的参数,能够表示为Fd=f(V)·Θ。作为f(V),例如存在与车速V相应地变化的函数。因此,上述(3)式能够如下述(4)式那样表示。
在此,作为变量f(V)的设定方法,例如能够采用从控制对应图M1中读出与车速V的绝对值相应的变量f(V)的方法。作为控制对应图M1,例如存在登记有与车速V的绝对值对应的变量f(V)的对应图。具体地说,关于控制对应图M1,在车速V的绝对值为0的情况下将变量f(V)设定为第一设定值(例如0.0)。另外,在车速Vd的绝对值为第一设定车速V1(>0)以上的范围,与车速V的大小无关地将变量f(V)设定为第二设定值(>第一设定值。例如1.0)。并且,关于控制对应图M1,在车速V为绝对值为0以上且小于第一设定车速V1的范围内,与转向角速度dθ/dt的绝对值相应地使变量f(V)线性地增加。具体地说,关于控制对应图M1,在车速V的绝对值为0以上且小于第一设定车速V1的范围内,按照表示车速V的绝对值与变量f(V)的关系的一次函数来设定变量f(V)。关于一次函数,在车速V的绝对值为0的情况下将变量f(V)设为第一设定值(0.0),在车速V的绝对值为第一设定车速V1的情况下将变量f(V)设为第二设定值(1.0)。由此,在车速V的绝对值为小于第一设定车速V1的情况下,车速V的绝对值越小,前馈轴力计算部27a越减小(降低)比例成分的绝对值。另外,在车速V的绝对值为第一设定车速V1以上的情况下,无论车速V的大小如何,前馈轴力计算部27a都不进行比例成分的绝对值的降低。
另外,上述(4)式能够等效地如下述(5)式那样表示。
Th=P(s+2·ζ·ωn)s/(s2+2·ζ·ωn·s+ωn2)δ+I·(s+2·ζ·ωn)/(s2+2·ζ·ωn·s+ωn2)·f(V)·δ
=P(s+2·ζ·ωn)/(s2+2·ζ·ωn·s+ωn2)dδ/dt+I·(s+2·ζ·ωn)/(s2+2·ζ·ωn·s+ωn2)·f(V)·δ……(5)
其中,P、I是控制常数,ζ是衰减系数,ωn是固有振动数。作为ζ、ωn的设定方法,例如能够采用设为设计值的方法、根据实验结果进行同定的方法。
因此,小齿轮轴力Th、即在方向盘1a中产生的转轮反作用力能够基于上述(5)式来用下述(6)式表示。
Th=P(s+2·ζ·ωn)/(s2+2·ζ·ωn·s+ωn2)dδ/dt+I·(s+2·ζ·ωn)/(s2+2·ζ·ωn·s+ωn2)·f(V)·δ……(6)
而且,根据上述(6)式、即小齿轮轴力Th的数式,作为前馈轴力TFF的计算方法采用下述(7)式。
TFF=P·P1·P2(s+2·ζ·ωn)/(s2+2·ζ·ωn·s+ωn2)dδ/dt+I·(s+2·ζ·ωn)/(s2+2·ζ·ωn·s+ωn2)·f(V)·δ+校正用阻尼成分
=阻尼成分·P1·P2+比例成分+校正用阻尼成分......(7)
其中,阻尼成分是P(s+2·ζ·ωn)/(s2+2·ζ·ωn·s+ωn2)dδ/dt,比例成分是I·(s+2·ζ·ωn)/(s2+2·ζ·ωn·s+ωn2)·f(V)·δ。另外,校正用阻尼成分是基于转轮角速度dδ/dt的阻尼成分,是向与转轮角速度dδ/dt相反的方向产生转轮反作用力的阻尼成分。
在此,作为增益P1的设定方法,例如能够采用从控制对应图M2中读出与转轮角速度dδ/dt的绝对值对应的增益P1的方法。作为控制对应图M2,例如存在登记有与转轮角速度dδ/dt的绝对值对应的增益P1的对应图。具体地说,关于控制对应图M2,在转轮角速度dδ/dt为0的情况下将增益P1设定为第三设定值(例如1.0)。另外,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第一设定转轮角速度dδ1/dt(>0)以上的范围,与转轮角速度dδ/dt的大小无关地将增益P1设定为第四设定值(<第三设定值。例如0.5)。并且,关于控制对应图M2,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为0以上且小于第一设定转轮角速度dδ1/dt的范围内,与转轮角速度dδ/dt的绝对值相应地使增益P1线性地降低。具体地说,关于控制对应图M2,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为0以上且小于第一设定转轮角速度dδ1/dt的范围内,按照表示转轮角速度dδ/dt的绝对值与增益P1的关系的一次函数来设定增益P1。关于一次函数,在转轮角速度dδ/dt为0的情况下将增益P1设为第三设定值(1.0),在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第一设定转轮角速度dδ1/dt的情况下将增益P1设为第四设定值(0.5)。由此,在转轮角速度dδ/dt的绝对值小于第一设定转轮角速度dδ1/dt的情况下,转轮角速度dδ/dt的绝对值越大,前馈轴力计算部27a越减小(校正)阻尼成分的绝对值。另外,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第一设定转轮角速度dδ1/dt以上的情况下,无论转轮角速度dδ/dt的大小如何,前馈轴力计算部27a都不进行基于增益P1的阻尼成分的绝对值的校正。
此外,在机械式的转轮控制装置中,随着转轮角速度dδ/dt的增大,转轮反作用力中包含的阻尼成分饱和。因此,在机械式的转轮控制装置中,由于阻尼成分饱和,因此无论转轮角速度dδ/dt的大小如何,由转轮角δ和转轮反作用力构成的利萨如图形的形状均为固定。然而,在没有考虑转轮反作用力中包含的阻尼成分的饱和的线控转向方式的转轮控制装置中,转轮反作用力与转轮角速度dδ/dt的增大相应地持续增大。与此相对地,转轮角速度dδ/dt的绝对值越大,与转向角相应的反作用力运算部27越减小阻尼成分的绝对值。因此,在转轮角速度dδ/dt大的情况下,与转向角相应的反作用力运算部27能够抑制阻尼成分的绝对值的增大。因此,与转向角相应的反作用力运算部27能够抑制阻尼成分过量。由此,与转向角相应的反作用力运算部27能够赋予更加合适的转轮感。
另外,作为增益P2的设定方法,例如能够采用从控制对应图M3中读出与车速V的绝对值对应的增益P2的方法。作为控制对应图M3,例如存在登记有与车速V的绝对值对应的增益P2的对应图。具体地说,关于控制对应图M3,在车速V的绝对值为0的情况下将增益P2设定为第五设定值(例如0.5)。另外,在车速V的绝对值为第二设定车速V2(>0)以上的范围,与车速V的大小无关地将增益P2设定为第六设定值(>第五设定值。例如1.0)。并且,关于控制对应图M3,在车速V的绝对值为0以上且小于第二设定车速V2的范围内,与车速V的绝对值相应地使增益P2线性地增加。具体地说,关于控制对应图M3,在车速V的绝对值为0以上且小于第二设定车速V2的范围内,按照表示车速V的绝对值与增益P2的关系的一次函数来设定增益P2。关于一次函数,在车速V的绝对值为0的情况下将增益P2设为第五设定值(0.5),在车速V的绝对值为第二设定车速V2的情况下将增益P2设为第六设定值(1.0)。由此,在车速V的绝对值小于第二设定车速V2的情况下,车速V的绝对值越小,前馈轴力计算部27a越减小(校正)阻尼成分的绝对值。另外,在车速V的绝对值为第二设定车速V2以上的情况下,无论车速V的大小如何,前馈轴力计算部27a都不进行基于增益P2的阻尼成分的绝对值的校正。
这样,车速V的绝对值越小,与转向角相应的反作用力运算部27越减小阻尼成分的绝对值。在此,在方向盘1a与左右前轮5FL、5FR机械地结合的机械式的转轮控制装置中,当车速V降低时,左右前轮5FL、5FR的轮胎横向力Fd降低,转轮反作用力降低。与此相对地,车速V的绝对值越小,与转向角相应的反作用力运算部27越减小阻尼成分的绝对值,由此能够降低转轮反作用力。由此,与转向角相应的反作用力运算部27能够赋予更加合适的转轮感。
并且,作为校正用阻尼成分的设定方法,例如能够采用从控制对应图M4中读出与转轮角速度dδ/dt的绝对值对应的校正用阻尼成分的方法。作为控制对应图M4,例如存在登记有与转轮角速度dδ/dt的绝对值对应的校正用阻尼成分的对应图。具体地说,按每个车速V设定控制对应图M4。关于各控制对应图M4,在转轮角速度dδ/dt为0的情况下将校正用阻尼成分设定为第七设定值(例如0.0)。另外,关于控制对应图M4,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第二设定转轮角速度dδ2/dt(>0)以上的范围,与转轮角速度dδ/dt的大小无关地将校正用阻尼成分设定为第八设定值(固定值)。并且,关于控制对应图M4,在转轮角速度dδ/dt为0.0以上且转轮角速度dδ/dt的绝对值小于第三设定转轮角速度dδ3/dt(0<dδ3/dt<dδ2/dt)的范围内,与转轮角速度dδ/dt的绝对值相应地使校正用阻尼成分线性地增加。具体地说,关于各控制对应图M4,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为0以上且小于第三设定转轮角速度dδ3/dt的范围内,按照表示转轮角速度dδ/dt的绝对值与校正用阻尼成分的关系的一次函数来设定校正用阻尼成分。关于一次函数,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为0的情况下将校正用阻尼成分设为第七设定值(0.0),在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第三设定转轮角速度dδ3/dt的情况下将校正用阻尼成分设定为第九设定值(0<第九设定值<第八设定值)。另外,关于各控制对应图M4,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第三设定转轮角速度dδ3/dt以上且小于第二设定转轮角速度dδ2/dt的范围内,与转轮角速度dδ/dt的绝对值相应地使校正用阻尼成分线性地增加。具体地说,关于控制对应图M4,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第三设定转轮角速度dδ3/dt以上且小于第二设定转轮角速度dδ2/dt的范围内,按照表示车速V的绝对值与校正用阻尼成分的关系的一次函数来设定校正用阻尼成分。关于一次函数,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第三设定转轮角速度dδ3/dt的情况下将校正用阻尼成分设为第九设定值,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第二设定转轮角速度dδ2/dt的情况下将校正用阻尼成分设为第八设定值。由此,在转轮角速度dδ/dt的绝对值小于第二设定转轮角速度dδ2/dt的情况下,转轮角速度dδ/dt的绝对值越大,前馈轴力计算部27a越增大校正用阻尼成分的绝对值。另外,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第二设定转轮角速度dδ2/dt以上的情况下,无论转轮角速度dδ/dt的大小如何,前馈轴力计算部27a都将校正用阻尼成分的绝对值设为预先决定的固定值。
这样,与转向角相应的反作用力运算部27将转轮角速度dδ/dt的绝对值越大则绝对值越大的校正用阻尼成分加到前馈轴力TFF。因此,与转向角相应的反作用力运算部27能够在方向盘1a开始偏转而转轮角速度dδ/dt的绝对值增大的情况下增大转轮反作用力的加载。由此,与转向角相应的反作用力运算部27能够赋予更加合适的转轮感。
另外,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第二设定转轮角速度dδ2/dt以上的情况下,与转向角相应的反作用力运算部27将预先决定的固定值设为校正用阻尼成分。因此,在由于驾驶员使方向盘1a偏转而导致转轮角速度dδ/dt的绝对值为第二设定转轮角速度dδ2/dt以上的情况下,能够抑制校正用阻尼成分的变动。因此,与转向角相应的反作用力运算部27感测不到因校正用阻尼成分的变动导致的转轮反作用力的变化,能够防止给驾驶员带来转轮感的不适感。
图14是表示反馈轴力计算部27b的结构的框图。
如图14所示、反馈轴力计算部27b具备电流轴力计算部27ba、混合轴力计算部27bb、转轮角速度检测部27bc、转轮判定部27bd以及反馈轴力计算执行部27be。
电流轴力计算部27ba基于由转向角传感器2d输出的检测结果(转向角),并按照下述(8)式来计算转向齿条轴力。在下述(8)式中,首先将表示转向角的转向电流、用于根据转向电流计算转向电动机2c的输出扭矩的扭矩常数[Nm/A]以及用于传递转向电动机2c的电动机扭矩的电动机齿轮比相乘。接着,在下述(8)式中,将乘法运算结果除以转向电动机2c的小齿轮的小齿轮半径[m],并对除法运算结果乘以传递转向电动机2c的输出扭矩时的效率,计算出乘法运算结果来作为电流轴力。然后,电流轴力计算部27ba将计算结果输出到混合轴力计算部27bb和反馈轴力计算执行部27be。
电流轴力=(转向电流×电动机齿轮比×扭矩常数[Nm/A]/小齿轮半径[m])×效率……(8)
在此,使方向盘1a转轮,从而目标转向角θ*发生变动,在目标转向角θ*与实际的转向角θ之间产生差,由此转向电流发生变动。另外,使左右前轮5FL、5FR转向,从而对左右前轮5FL、5FR作用轮胎横向力Fd,在目标转向角θ*与实际的转向角θ之间产生差,由此转向电流也发生变动。并且,由于路面凹凸等对左右前轮5FL、5FR作用路面干扰,对左右前轮5FL、5FR作用轮胎横向力Fd,目标转向角θ*与实际的转向角θ之间产生差,由此转向电流也发生变动。因此,反馈轴力计算部27b能够基于转向电流来计算反映了对左右前轮5FL、5FR作用的轮胎横向力Fd的影响的转向齿条轴力(电流轴力)。在此,在目标转向角θ*与实际的转向角θ之间产生了差的时刻产生电流轴力。因此,与实际的转向齿条轴力、横向G轴力相比,电流轴力的相位超前。
混合轴力计算部27bb基于由加速度传感器7b检测出的横向加速度Gy,并按照下述(9)式来计算转向齿条轴力(以下,也称为横向G轴力)。在下述(9)式中,首先将前轮负荷与横向加速度Gy相乘,计算出乘法运算结果来作为对左右前轮5FL、5FR施加的轴力(轴向的力)。接着,在下述(9)式中,将计算出的对左右前轮5FL、5FR施加的轴力乘以与连杆的角度、悬架相应的常数(以下,也称为连杆比),计算出乘法运算结果来作为横向G轴力。
横向G轴力=对左右前轮5FL、5FR施加的轴力×连杆比……(9)
对左右前轮5FL、5FR施加的轴力=前轮负荷×横向加速度Gy
在此,使左右前轮5FL、5FR转向,从而对左右前轮5FL、5FR作用轮胎横向力Fd,车辆A转弯,由此产生横向加速度Gy。因此,混合轴力计算部27bb能够基于横向加速度Gy来计算反映了对左右前轮5FL、5FR作用的轮胎横向力Fd的影响的转向齿条轴力(横向G轴力)。在此,由于加速度传感器7b配置在弹簧上(车身),因此横向加速度Gy的检测滞后。因此,与实际的转向齿条轴力相比,横向G轴力的相位滞后。
此外,在本实施方式中,示出了在计算横向G轴力时使用由加速度传感器7b检测出的横向加速度Gy的例子,但也可以采用其它结构。例如也可以设为以下结构:对由横摆率传感器7c检测出的横摆率γ乘以由车速传感器7a检测出的车速V,使用乘法运算结果γ×V来代替横向加速度Gy。
另外,混合轴力计算部27bb基于由车速传感器7a检测出的车速V和由横摆率传感器7c检测出的横摆率γ,并按照下述(10)式来计算转向齿条轴力(以下,也称为横摆率轴力)。在下述(10)式中,首先将前轮负荷、车速V以及横摆率γ相乘,计算出乘法运算结果来作为对左右前轮5FL、5FR施加的轴力。接着,在下述(10)式中,将计算出的对左右前轮5FL、5FR施加的轴力与连杆比相乘,计算出乘法运算结果来作为横摆率轴力。
横摆率轴力=对左右前轮5FL、5FR施加的轴力×连杆比……(10)
对左右前轮5FL、5FR施加的轴力=前轮负荷×车速V×横摆率γ
在此,使左右前轮5FL、5FR转向,从而对左右前轮5FL、5FR作用轮胎横向力Fd,车辆A转弯,由此产生横摆率γ。因此,混合轴力计算部27bb能够基于横摆率γ计算反映了对左右前轮5FL、5FR作用的轮胎横向力Fd的影响的转向齿条轴力(横摆率轴力)。在此,由于横摆率传感器7c配置在弹簧上(车身),因此横摆率γ的检测滞后。因此,与实际的转向齿条轴力相比,横摆率轴力的相位滞后。
并且,混合轴力计算部27bb从电流轴力计算部27ba读入电流轴力。接着,混合轴力计算部27bb基于所读入的电流轴力以及计算出的横向G轴力和横摆率轴力,并按照下述(11)式来计算转向齿条轴力(以下,也称为“混合轴力”)TBR。在下述(11)式中,对横向G轴力乘以分配比率K1,对电流轴力乘以分配比率K2,对横摆率轴力乘以分配比率K3,计算出它们的乘法运算结果之和来作为混合轴力TBR。即,基于对横向G轴力乘以分配比率K1而得到的值、对电流轴力乘以分配比率K2而得到的值以及对横摆率轴力乘以分配比率K3而得到的值来计算混合轴力TBR。然后,混合轴力计算部27bb将计算结果输出到转轮判定部27bd和反馈轴力计算执行部27be。在此,混合轴力TBR将使左右前轮5FL、5FR朝向右方的轴力设为正值,将使左右前轮5FL、5FR朝向左方的轴力设为负值。
TBR=横向G轴力×K1+电流轴力×K2+横摆率轴力×K3……(11)
在此,分配比率K1、K2、K3是横向G轴力、电流轴力、横摆率轴力的分配比率。分配比率K1、K2、K3的大小关系设为K1>K2>K3。即,按横向G轴力、电流轴力、横摆率轴力的顺序将分配比率设为从大到小的值。例如,将分配比率K1、K2、K3分别设定为K1=0.6、K2=0.3、K3=0.1。由此,混合轴力计算部27bb计算反映了对左右前轮5FL、5FR作用的轮胎横向力Fd的影响的转向齿条轴力来作为混合轴力TBR。
这样,混合轴力计算部27bb基于对电流轴力乘以分配比率K2而得到的值和对横向G轴力乘以分配比率K1而得到的值来计算混合轴力TBR。在此,与实际的转向齿条轴力相比,横向G轴力的相位滞后。另外,与实际的转向齿条轴力相比,电流轴力的相位超前。因此,混合轴力计算部27bb能够通过对横向G轴力加上电流轴力来补偿横向G轴力的相位的滞后,从而能够计算出更加恰当的混合轴力TBR。因此,SBW控制器4通过基于混合轴力TBR驱动反作用力电动机1c,能够赋予更加恰当的转轮反作用力。
另外,混合轴力计算部27bb基于对电流轴力乘以分配比率K2而得到的值和对横向G轴力乘以分配比率K1而得到的值来计算混合轴力TBR。在此,关于车辆A,在由于路面凹凸等而对左右前轮5FL、5FR作用了路面干扰、对左右前轮5FL、5FR作用了轮胎横向力Fd的情况下,在目标转向角θ*与实际的转向角θ之间产生差。因此,混合轴力计算部27bb通过对横向G轴力加上电流轴力,能够将对左右前轮5FL、5FR作用的路面干扰的影响反映为混合轴力TBR,从而能够计算出更加恰当的混合轴力TBR。因此,SBW控制器4通过基于混合轴力TBR驱动反作用力电动机1c,能够赋予更加恰当的转轮反作用力。
并且,混合轴力计算部27bb使横向G轴力的分配比率K1比电流轴力的分配比率K2大。因此,混合轴力计算部27bb能够降低电流轴力的分配比率,例如即使由于转向电动机2c的惯性、摩擦力的影响而导致电流轴力的估计精度下降,也能够抑制混合轴力TBR的估计精度的下降。因此,SBW控制器4通过基于混合轴力TBR驱动反作用力电动机1c,能够赋予更加恰当的转轮反作用力。
另外,混合轴力计算部27bb基于对电流轴力乘以分配比率K2而得到的值、对横向G轴力乘以分配比率K1而得到的值以及对横摆率轴力乘以分配比率K3而得到的值来计算反馈轴力TFB。在此,例如在车辆A成为空转状态的情况下,转向电流和横向加速度Gy增大,因此加速度传感器7b的检测结果和转向电流检测部8B的检测结果均成为最大值(饱和值)。与此相对地,虽然横摆率γ也增大,但与转向电流和横向加速度Gy的增加量相比,横摆率γ的增大量比较小,因此横摆率传感器7c的检测结果不会达到最大值(饱和值)。因此,横摆率传感器7c的检测结果与车辆A的空转状态的程度相应地变动。因此,能够使混合轴力TBR与车辆A的空转状态的程度相应地变动。其结果是,SBW控制器4通过基于混合轴力TBR驱动反作用力电动机1c,能够赋予更加恰当的转轮反作用力。
转轮角速度检测部27bc基于由转轮角传感器1d检测出的转轮角δ来计算方向盘1a的转轮角速度dδ/dt。然后,转轮角速度检测部27bc将计算结果输出到混合轴力计算部27bb和转轮判定部27bd。在此,关于转轮角速度dδ/dt,将方向盘1a顺时针旋转的情况下的角速度设为正值,将方向盘1a逆时针旋转的情况下的角速度设为负值。
转轮判定部27bd基于由混合轴力计算部27bb计算出的混合轴力TBR和由转轮角速度检测部27bc检测出的转轮角速度dδ/dt来判定驾驶员进行了方向盘1a的偏转增加操作和偏转返回操作中的哪一个操作。作为偏转增加操作,例如是使方向盘1a(转轮角δ)向远离中立位置的方向转轮的转轮操作。另外,作为偏转返回操作,例如是使方向盘1a(转轮角δ)向靠近中立位置的方向转轮的转轮操作。具体地说,在混合轴力TBR为正值且转轮角速度dδ/dt为正值的情况下或混合轴力TBR为负值且转轮角速度dδ/dt为负值的情况下,转轮判定部27bd判定为进行了方向盘1a的偏转增加操作,将变量K4设为1.0。变量K4是表示进行了方向盘1a的偏转增加操作和偏转返回操作中的哪一个操作的标志。在进行了方向盘1a的偏转增加操作的情况下,变量K4设为1.0,在进行了偏转返回操作的情况下,变量K4设为0.0。并且,在混合轴力TBR为正值且转轮角速度dδ/dt为负值的情况下或混合轴力TBR为负值且转轮角速度dδ/dt为正值的情况下,转轮判定部27bd判定为没有进行方向盘1a的偏转增加操作,将变量K4设为0。然后,转轮判定部27bd将设定的变量K4输出到反馈轴力计算执行部27be。
反馈轴力计算执行部27be从电流轴力计算部27ba、混合轴力计算部27bb、转轮角速度检测部27bc以及从转轮判定部27bd读入电流轴力、混合轴力TBR、转轮角速度dδ/dt以及变量K4。接着,反馈轴力计算执行部27be基于所读入的电流轴力、混合轴力TBR、转轮角速度dδ/dt以及变量K4,并按照下述(12)式来计算转向齿条轴力(以下,称为反馈轴力TFB)。然后,反馈轴力计算执行部27be将计算结果输出到最终轴力计算部27c。
反馈轴力TFB=电流轴力×GB+混合轴力TBR×(1-GB)……(12)
其中,GB使表示电流轴力的分配比率GB和混合轴力TBR的分配比率(1-GB)的数值(以下,称为分配比率)。由此,反馈轴力计算执行部27be基于分配比率GB将电流轴力与混合轴力TBR以GB:(1-GB)的比例相加来计算反馈轴力TFB。
在此,作为分配比率GB的设定方法,例如能够采用根据由转轮判定部27bd输出的判定结果来利用分配比率设定部27bf设定分配比率GB的方法。分配比率设定部27bf从转轮判定部27bd读入转轮角速度dδ/dt和变量K4。接着,分配比率设定部27bf基于所读入的转轮角速度dδ/dt和变量K4,并按照下述(13)式来计算分配比率GB。
GB=K4×K5……(13)
其中,K5是表示K4为1.0时、即方向盘1a的偏转增加操作时的电流轴力的分配比率GB和混合轴力TBR的分配比率(1-GB)的数值。由此,在方向盘1a的偏转增加操作时,反馈轴力计算执行部27be基于变量K5将电流轴力与混合轴力TBR以K5:(1-K5)的比例相加来计算反馈轴力TFB。此外,在K4为0.0时、即方向盘1a的偏转返回操作时,与变量K5无关地将混合轴力TBR设为反馈轴力TFB。
在此,作为变量K5的设定方法,例如能够采用从控制对应图M5读出与转轮角速度dδ/dt对应的变量K5的方法。作为控制对应图M5,例如存在登记有与转轮角速度dδ/dt对应的变量K5的对应图。
关于控制对应图M5,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为0以上且小于第四设定转轮角速度dδ4/dt(>0)的范围内,与转轮角速度dδ/dt的大小无关地将变量K5设定为第十设定值(例如1.0)。另外,关于控制对应图M5,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第五设定转轮角速度dδ5/dt(>dδ4/dt)以上的范围,与转轮角速度dδ/dt的大小无关地将变量K5设定为第十一设定值(<第十设定值。例如0.0)。并且,关于控制对应图M5,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第四设定转轮角速度dδ4/dt以上且小于第五设定转轮角速度dδ5/dt的范围内,与转轮角速度dδ/dt的绝对值相应地使变量K5线性地降低。具体地说,关于控制对应图M5,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第四设定转轮角速度dδ4/dt以上且小于第五设定转轮角速度dδ5/dt的范围内,按照表示转轮角速度dδ/dt的绝对值与变量K5的关系的一次函数来设定变量K5。关于一次函数,在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第四设定转轮角速度dδ4/dt的情况下将变量K5设为第十设定值(1.0),在转轮角速度dδ/dt的绝对值为第五设定转轮角速度dδ5/dt的情况下将变量K5设为第十一设定值(0.0)。由此,在变量K4为1.0(偏转增加操作时)且转轮角速度dδ/dt的绝对值小于第四设定转轮角速度dδ4/dt(低速转轮时)的情况下,分配比率设定部27bf将分配比率GB设为1.0。而且,反馈轴力计算执行部27be将电流轴力设为反馈轴力TFB。另外,在变量K4为1.0(偏转增加操作时)且转轮角速度dδ/dt的绝对值为第五设定转轮角速度dδ5/dt以上(高速转轮时)的情况下,分配比率设定部27bf将分配比率GB设为0.0。由此,反馈轴力计算执行部27be将混合轴力TBR设为反馈轴力TFB。另外,在变量K4为1.0(偏转增加操作时)且转轮角速度dδ/dt的绝对值为第四设定转轮角速度dδ4/dt以上且小于第五设定转轮角速度dδ5/dt(中速转轮时)的情况下,分配比率设定部27bf将变量K5设为分配比率GB。由此,反馈轴力计算执行部27be将对电流轴力乘以变量K5得到的值加上对混合轴力TBR乘以(1-K5)得到的值而得到的值设为反馈轴力TFB。另一方面,在变量K4为0.0(偏转返回操作时)的情况下,分配比率设定部27bf与转轮角速度dδ/dt无关地将0.0设为分配比率GB。而且,反馈轴力计算执行部27be将混合轴力TBR设为反馈轴力TFB。
这样,在进行方向盘1a的偏转增加操作时转轮角速度dδ/dt的绝对值小于第四设定转轮角速度dδ4/dt的情况下,反馈轴力计算执行部27be将电流轴力设为反馈轴力TFB。在此,在方向盘1a与左右前轮5FL、5FR机械地接合的机械式的转轮控制装置中,在方向盘1a的偏转增加操作时,由于伴随左右前轮5FL、5FR的转向引起的轮胎横向力Fd和摩擦力而产生使方向盘1a返回到中立位置的转轮反作用力。另外,在反馈轴力计算执行部27be中,在方向盘1a的偏转增加操作时,电流轴力等于轮胎横向力Fd与摩擦力的合计值。因此,SBW控制器4将电流轴力设为反馈轴力TFB,由此能够与机械式的转轮控制装置同样地施加使方向盘1a返回到中立位置的转轮反作用力。由此,SBW控制器4能够在方向盘1a的偏转增加操作时赋予更加恰当的转轮反作用力。
顺便说一下,混合轴力TBR不包含伴随左右前轮5FL、5FR的转向引起的摩擦力的因素。因此,例如在方向盘1a的偏转增加操作时将混合轴力TBR设为反馈轴力TFB的方法中,有可能给转轮感带来不适感。
另外,当进行方向盘1a的偏转返回操作时,反馈轴力计算执行部27be与转轮角速度dδ/dt的绝对值的大小无关地将以预先设定的分配比率分配了电流轴力和横向G轴力而得到的混合轴力TBR设为反馈轴力TFB。在此,在方向盘1a与左右前轮5FL、5FR机械地接合的机械式的转轮控制装置中,在方向盘1a的偏转返回操作时,由于伴随左右前轮5FL、5FR的转向引起的轮胎横向力Fd而产生使方向盘1a返回到中立位置的转轮反作用力。因此,在机械式的转轮控制装置中,在方向盘1a的偏转返回操作时,驾驶员通过降低方向盘1a的保持力并用手掌使方向盘1a滑动来使方向盘1a返回到中立位置,从而使左右前轮5FL、5FR返回到中立位置。与此相对地,在反馈轴力计算执行部27be中,将混合轴力TBR设为反馈轴力TFB,由此转向电流降低,即使电流轴力降低也能够抑制使方向盘1a返回到中立位置的转轮反作用力降低。因此,关于反馈轴力计算执行部27be,与机械式的转轮控制装置同样地,驾驶员能够通过降低方向盘1a的保持力并用手掌使方向盘1a滑动来使方向盘1a返回到中立位置。由此,SBW控制器4能够在方向盘1a的偏转返回操作时赋予更加恰当的转轮反作用力。
并且,反馈轴力计算执行部27be在判定为进行了方向盘1a的偏转增加操作且转轮角速度dδ/dt的绝对值为第四设定转轮角速度dδ4/dt以上的情况下,分配电流轴力和混合轴力TBR并设定反馈轴力TFB,并且转轮角速度dδ/dt的绝对值越小,越增大电流轴力的分配比率。因此,例如在方向盘1a的偏转返回操作中使转轮角δ跨越中立位置并接着向相同方向进行方向盘1a的偏转增加操作的情况下,反馈轴力计算执行部27be能够使反馈轴力TFB随着在偏转增加操作中转轮角速度dδ/dt的绝对值逐渐降低而从混合轴力TBR逐渐转变为电流轴力。由此,SBW控制器4能够赋予更加恰当的转轮反作用力。
返回到图12,最终轴力计算部27c从转轮角传感器1d、车速传感器7a、加速度传感器7b、前馈轴力计算部27a以及反馈轴力计算部27b读入转轮角δ、车速V、横向加速度Gy、前馈轴力TFF以及反馈轴力TFB。接着,最终轴力计算部27c基于所读入的转轮角δ来计算方向盘1a的转轮角速度dδ/dt。接着,最终轴力计算部27c基于所读入的转轮角δ、车速V、横向加速度Gy、前馈轴力TFF、反馈轴力TFB以及计算出的转轮角速度dδ/dt,并按照下述(14)式来计算转向齿条轴力(以下,称为最终轴力)。然后,最终轴力计算部27c将计算结果输出到轴力-转轮反作用力变换部27d。
最终轴力=前馈轴力TFF×GF+反馈轴力TFB×(1-GF)……(14)
在此,GF是表示前馈轴力TFF的分配比率GF和反馈轴力TFB的分配比率(1-GF)的数值(以下,称为分配比率)。由此,最终轴力计算部27c基于分配比率GF使前馈轴力TFF与反馈轴力TFB以GF:(1-GF)的比例相加,来计算最终轴力。
这样,最终轴力计算部27c基于反馈轴力TFB和前馈轴力TFF来计算最终轴力。在此,反馈轴力TFB反映对左右前轮5FL、5FR作用的轮胎横向力Fd的影响,因此该反馈轴力TFB与路面状态的变化、车辆状态的变化相应地变化。与此相对地,前馈轴力TFF不反映轮胎横向力Fd的影响,因此前馈轴力TFF与路面状态的变化等无关地平稳地变化。因此,最终轴力计算部27c除了基于反馈轴力TFB还基于前馈轴力TFF来计算最终轴力,由此能够计算出更加恰当的最终轴力。
最终轴力计算部27c具备分配比率计算部27ca。分配比率计算部27ca根据基于轴力差的分配比率GF1、基于横向加速度Gy的分配比率GF2、基于车速V和转轮角δ的分配比率GF3以及基于转轮角速度dδ/dt的分配比率GF4来设定分配比率GF。作为轴力差,例如能够采用前馈轴力TFF与反馈轴力TFB的差。具体地说,轴力差设为从前馈轴力TFF减去反馈轴力TFB而得到的减法运算结果。另外,作为分配比率GF的设定方法,例如能够采用以下方法:将基于轴力差的分配比率GF1和基于横向加速度Gy的分配比率GF2中的任一个较小的值、基于车速V和转轮角δ的分配比率GF3以及基于转轮角速度dδ/dt的分配比率GF4相乘,将乘法运算结果设为分配比率GF。
返回到图12,轴力-转轮反作用力变换部27d基于由最终轴力计算部27c计算出的最终轴力来计算目标转轮反作用力。目标转轮反作用力是转轮反作用力的目标值。作为目标转轮反作用力的计算方法,例如能够采用从控制对应图M6读出与车速V和最终轴力对应的目标转轮反作用力的方法。作为控制对应图M6,存在按每个车速V登记有与最终轴力对应的目标转轮反作用力的对应图。按每个车速V设定控制对应图M6。另外,关于控制对应图M6,最终轴力越大,将目标转轮反作用力设为越大的值。然后,轴力-转轮反作用力变换部27d将计算结果作为与转向角相应的反作用力而输出到反作用力选择部24c(参照图9)。由此,转向角越大,与转向角相应的反作用力越增大。
(反作用力选择部24c中的处理)
图15是表示与反作用力选择部24c中的处理有关的流程图。
反作用力选择部24c选择由与偏离余量时间相应的反作用力运算部25输出的计算结果(与偏离余量时间相应的反作用力)和由与横向位置相应的反作用力运算部26输出的计算结果(与横向位置相应的反作用力)中的绝对值较大的计算结果,并将该计算结果设为第一反作用力指令值(步骤S101)。
另外,反作用力选择部24c将由与转向角相应的反作用力运算部27输出的计算结果(与转向角相应的反作用力)设为第二反作用力指令值(步骤S102)。
并且,反作用力选择部24c基于由车速传感器7a输出的检测结果(车速)来计算第一切换增益和第二切换增益的值(步骤S103)。
此时,在高速区(例如60km/h以上),第一切换增益为1且第二切换增益为0,在低速区(例如40km/h以下),第一切换增益为0且第二切换增益为1,在低速区与高速区之间,第一切换增益和第二切换增益在各自的值为0~1的范围内且二者的值的合计值始终为1的范围内变动。
在此,第一切换增益和第二切换增益表示与车速相应的比例(比率)。第一切换增益表示第一反作用力指令值所占的比例。第二切换增益表示第二反作用力指令值所占的比例。
然后,反作用力选择部24c将对第一反作用力指令值乘以第一切换增益而得到的值与对第二反作用力指令值乘以第二切换增益而得到的值相加来计算转轮反作用力偏移量(步骤S104)。
由此,能够在高速区选择第二反作用力指令值,在低速区选择第一反作用力指令值,在低速区与高速区之间根据切换增益的比例将第一反作用力指令值与第二反作用力指令值进行混合(blend)。
然后,反作用力选择部24c将计算出的转轮反作用力偏移量输出到限幅处理部24d(参照图9)(步骤S105)。
这样,与偏离余量时间相应的反作用力运算部25、与横向位置相应的反作用力运算部26、与转向角相应的反作用力运算部27以及反作用力选择部24c形成在计算第一反作用力指令值的同时计算第二反作用力指令值的反作用力指令值计算部。
图16是表示车辆A靠近车道的端部时的车辆状况以及控制对应图的图。
此外,图16的(a)、(b)是表示车辆A靠近车道的右侧端部时的车辆状况以及控制对应图的图。关于车辆A靠近车道的左侧端部时的车辆状况以及控制对应图,成为将图16的(a)、(b)示出的内容进行左右反转而得到的图。
例如,根据与横向位置/横摆角的变化相应的转向指令的变化,第一反作用力指令值如图16的(a)所示的反作用力指令的控制对应图那样变化。另外,第二反作用力指令值如图16的(b)所示的反作用力指令的控制对应图那样变化。
另外,反作用力选择部24c在根据车速计算出第一切换增益和第二切换增益的值之后,如图16的(c)所示那样将对第一反作用力指令值乘以第一切换增益而得到的值与对第二反作用力指令值乘以第二切换增益而得到的值相加来计算转轮反作用力偏移量。由此,反作用力选择部24c能够根据车速来恰当地选择第一反作用力指令值和第二反作用力指令值。
(1)高速区的情况
图17是表示以车辆A的车速处于高速区且相对于车道保持固定的横摆角的方式行驶的情况下的车道维持控制的图。
与低速区相比,在高速区转轮角(方向盘角度)的变化量小,易于使转轮角返回到直行(中立位置)。
另外,在高速区,车辆对转轮角的响应性良好,横向位置的变化几乎不会滞后。因此,在高速区,即使仅利用与横向位置相应的反作用力,控制性能也良好。此外,在高速区,当施加不与横向位置相应而与转轮角相应的反作用力时,驾驶员易于产生担心转轮输入等不适感。另外,在高速区与转轮角相应的反作用力量小,因此与横向位置相应的反作用力处于支配地位。
这样,在高速区的情况下,即使仅利用与本车辆的横向位置相应的反作用力(第一反作用力指令值)实施车道维持控制,也不存在反作用力的不适感,能够获得良好的控制结果。
(2)低速区的情况
图18是表示以车辆A的车速处于低速区且相对于车道保持固定的横摆角的方式行驶的情况下的车道维持控制的图。
与高速区相比,在低速区转轮角的变化量大,不易使转轮角返回到直行。
另外,在低速区,车辆对转轮角的响应性差,横向位置的变化明显发生滞后。因而,在低速区,如果仅进行与横向位置相应的反作用力的控制,则易于发生振荡(步调紊乱)。
这样,在低速区的情况下,如果仅利用与本车辆的横向位置相应的反作用力(第一反作用力指令值)实施车道维持控制,则即使在车道中央,转轮角也不会完全返回,从而导致车辆在行进方向的摇晃,无法获得良好的控制结果。
在低速区的情况下,通过实施本实施方式所涉及的车道维持控制,控制结果变得良好。
(变形例)
[转轮反作用力偏移量的计算方法]
作为其它方法,反作用力选择部24c也能够与第一切换增益和第二切换增益无关地利用以下(1)~(5)中的任一方法来计算转轮反作用力偏移量。此时,也能够通过事先的设定等来选择使用上述第一切换增益和第二切换增益计算转轮反作用力偏移量的方法和以下(1)~(5)的方法中的任一方法。但是,实际上并不限定于这些方法。
(1)选高(select-high)
在车速低于第二阈值时,反作用力选择部24c选择第一反作用力指令值和第二反作用力指令值中的值较大的一方来计算与选择结果相应的转轮反作用力偏移量。
(2)合计值
在车速低于第二阈值时,反作用力选择部24c将第一反作用力指令值与第二反作用力指令值相加来计算与合计结果相应的转轮反作用力偏移量。
(3)切换
在车速低于第二阈值时,反作用力选择部24c根据方向盘的旋转方向(驾驶员的转轮输入的方向等)是否为使车辆A靠近车道中央侧(避免偏离侧)的方向来对上述(1)的方法和(2)的方法进行切换。
此时,在方向盘的旋转方向为使车辆A靠近车道中央侧(避免偏离侧)的方向(方向盘的旋转方向与转轮反作用力的方向为相同方向)的情况下,反作用力选择部24c进行第一反作用力指令值与第二反作用力指令值之间的选高来计算转轮反作用力偏移量。
反之,在方向盘的旋转方向为使车辆A靠近车道端部(偏离侧)的方向(方向盘的旋转方向与转轮反作用力的方向为不同方向)的情况下,反作用力选择部24c将第一反作用力指令值与第二反作用力指令值相加来计算转轮反作用力偏移量。
(4)平均值
在车速低于第二阈值时,反作用力选择部24c计算第一反作用力指令值与第二反作用力指令值的平均值,来计算与计算结果相应的转轮反作用力偏移量。
在此,在车速低于第二阈值时,反作用力选择部24c用2除将第一反作用力指令值与第二反作用力指令值相加得到的值来计算平均值,因此实际上,该(4)的方法是上述(2)的方法的一个方式。
此外,在上述(1)~(4)的方法中,在车速高于第一阈值时,反作用力选择部24c无条件地基于第二反作用力指令值计算转轮反作用力偏移量。
(5)输入限制
在车速高于第一阈值时(例如车速为60km/h以上时),反作用力选择部24c输入第一反作用力指令值来限制第二反作用力指令值的输入,在车速低于第一阈值(例如车速小于60km/h时),反作用力选择部24c输入第一反作用力指令值和第二反作用力指令值双方。
或者,反作用力选择部24c也可以与是否输入第二反作用力指令值无关地,在车速高于第一阈值时无条件地将第二反作用力指令值的值设为0。
总之,在车速高于第一阈值时,反作用力选择部24c将第二反作用力指令值的值设为0。
[针对驾驶员的有意的车道偏离的应对方案]
在上述的说明中,本实施方式所涉及的车道维持辅助装置在车辆A靠近车道端部(道路白线)的情况下进行车道维持控制以使车辆A返回到车道中央侧。但是,实际上在如(I)从行驶车道向相邻车道进行车道变更、(II)从主线车道向分流车道移动、(III)从合流车道向主线车道移动、或(IV)在紧急时向路侧带停车、或(V)进入道边的店铺、停车场等情况那样驾驶员希望向车道端部的外侧移动的情况下,也可以中断本实施方式所涉及的车道维持控制。
具体地说,在获取到的道路信息、白线信息等中存在车辆A能够进入车道端部的外侧的区域(其它车道、立交枢纽、服务区、路侧带、店铺、公共设施、停车场等)时,在(I)使方向指示器进行工作、(II)驾驶员使方向盘1a向偏转增加侧(偏离侧)偏转了规定的角度(阈值)以上、或(III)即使产生使车辆A返回到车道中央侧的转轮反作用力扭矩仍然驾驶员使方向盘1a继续向偏转增加侧(偏离侧)偏转的情况下,判断为驾驶员希望向车道端部的外侧移动,从而中断本实施方式所涉及的车道维持控制。例如,不向电流驱动器输出指令转轮反作用力扭矩、指令转向角。
反之,在获取到的道路信息、白线信息等中不存在车辆A能够进入车道端部的外侧的区域的情况下,即使驾驶员希望向车道端部的外侧移动,也判断为不能向车道端部的外侧移动,从而无条件地实施本实施方式所涉及的车道维持控制。
(本实施方式的效果)
根据本实施方式,能够发挥如下效果。
(1)本实施方式所涉及的车道维持辅助装置在设置于车辆的方向盘与使车辆转向的转向轮被机械地分离的车辆中进行辅助,以使车辆在行驶车道内行驶,该车道维持辅助装置使用为了使车辆在行驶车道内行驶而计算出的第一转向角以及与方向盘的转轮量对应的第二转向角来控制转向轮的转向角,检测车辆的车速,计算与第一转向角对应的针对方向盘的第一反作用力指令值,并且计算与第二转向角对应的针对方向盘的第二反作用力指令值,在车速高于规定的阈值(规定的车速)时,利用仅与第二反作用力指令值对应的转轮反作用力来控制对方向盘施加的转轮反作用力,在车速为规定的阈值以下时,利用与第一反作用力指令值及第二反作用力指令值对应的转轮反作用力来控制对方向盘施加的转轮反作用力。
在其它观点中,本实施方式所涉及的车道维持辅助装置在设置于车辆的方向盘与使车辆转向的转向轮被机械地分离的车辆中进行辅助,以使车辆在行驶车道内行驶,该车道维持辅助装置使用为了使车辆在行驶车道内行驶而计算出的第一转向角以及与方向盘的转轮量对应的第二转向角来控制转向轮的转向角,检测所述车辆的车速,计算与第一转向角对应的针对方向盘的第一反作用力指令值,并且计算与第二转向角对应的针对方向盘的第二反作用力指令值,利用与第一反作用力指令值及第二反作用力指令值对应的转轮反作用力来控制对方向盘施加的转轮反作用力。此时,以如下方式计算第一反作用力指令值:与车速高于规定的阈值时相比,在车速为规定的阈值以下时第一反作用力指令值更大。
在现有技术中,根据本车辆的横向位置或横摆角来独立地控制线控转向系统的反作用力和转向角。然而,在低速行驶时,与高速行驶时同样地施加转轮反作用力扭矩,从而即使催促驾驶员进行操作输入,实际上与高速行驶时相比车的移动量不足。
另一方面,在本实施方式中,在低速行驶时,使用与转轮量相应的第一反作用力指令值以及与转向角相应的第二反作用力指令值双方来控制转轮反作用力。其结果是,在现有技术中,即使在未被设为车道维持控制的对象的低速区也能够求出恰当的反作用力,能够在防止本车辆偏离行驶车道的同时防止车辆在行进方向上的摇晃。
(2)上述车道维持辅助装置使用对第一反作用力指令值和第二反作用力指令值各自乘以与车速相应的比例而得到的值的合计值来控制转轮反作用力。
其结果是,能够在车辆的车速处于高速区/低速区时恰当地选择第一反作用力指令值和第二反作用力指令值。并且,能够在车速处于低速区与高速区之间时使第一反作用力指令值和第二反作用力指令值以恰当的比例进行组合来控制转轮反作用力。
(3)作为其它例子,在车速为规定的阈值以下时,上述车道维持辅助装置使用第一反作用力指令值和第二反作用力指令值中的较大的一方来控制转轮反作用力。
其结果是,与贯穿低速区~高速区仅计算一个反作用力的情况相比,能够使用更大的反作用力实施车道维持控制。另外,每次都能够恰当地选择适于高速区的反作用力、适于低速区的反作用力。
(4)另外,作为其它例子,在车速为规定的阈值以下时,上述车道维持辅助装置使用第一反作用力指令值与第二反作用力指令值的合计值来控制转轮反作用力。
其结果是,能够利用与第一反作用力指令值对应的转轮反作用力以及与第二反作用力指令值对应的转轮反作用力的合力来控制对方向盘施加的转轮反作用力。
(5)另外,作为其它例子,在车速为规定的阈值以下时方向盘的旋转方向是使车辆靠近车道中央侧的方向的情况下,上述车道维持辅助装置使用第一反作用力指令值和第二反作用力指令值中的较大的一方来控制转轮反作用力,在车速为规定的阈值以下时方向盘的旋转方向不是使车辆靠近车道中央侧的方向的情况下,上述车道维持辅助装置使用第一反作用力指令值与第二反作用力指令值的合计值来控制转轮反作用力。
其结果是,能够根据方向盘的旋转方向来控制恰当的转轮反作用力。例如在方向盘向返回到车道中央侧的方向(避免偏离侧)旋转的情况下,为了向与当前的旋转方向相同的方向施加反作用力,能够选择第一反作用力指令值和第二反作用力指令值中的较大的一方。另一方面,在方向盘向靠近车道端部的方向(偏离侧)旋转的情况下,为了向与当前的旋转方向相反的方向施加强的反作用力以避免偏离,能够将第一反作用力指令值与第二反作用力指令值进行合成。
另外,能够根据方向盘的旋转方向与转轮反作用力的方向的相同、不同来切换控制转轮反作用力的处理的内容(选高、合计值)。
(6)另外,作为其它例子,在车速为规定的阈值以下时,上述车道维持辅助装置使用第一反作用力指令值与第二反作用力指令值的平均值来控制转轮反作用力。
其结果是,能够使用反映了第一反作用力指令值和第二反作用力指令值双方的值的平均值来进行控制。该平均值反映了第一反作用力指令值和第二反作用力指令值双方的特性。
(7)在车速高于规定的阈值时,上述车道维持辅助装置将第二反作用力指令值的值设为0。
其结果是,本实施方式所涉及的车道维持辅助装置能够通过判定车辆的车速是否为阈值(例如60km/h)以上来预先去除在高速区并非为转轮反作用力的控制所必需的“与转向角相应的反作用力”。
以上,详细叙述了本发明的实施方式,但实际上本发明并不限于上述实施方式,即使在不脱离本发明的宗旨的范围内进行变更也包含于本发明。
附图标记说明
1:转轮部;1a:方向盘;1b:柱轴;1c:反作用力电动机;1d:转轮角传感器;2:转向部;2a:小齿轮轴;2b:转向齿轮;2c:转向电动机;2d:转向角传感器;2e:齿条齿轮;2f:齿条;3:备用离合器;4:SBW控制器;4a:影像处理部;5FL、5FR:左右前轮;6:摄像机;7:各种传感器;7a:车速传感器;7b:加速度传感器;7c:横摆率传感器;8:导航系统;9:电流驱动器;9a:反作用力电动机用电流驱动器;9b:转向电动机用电流驱动器;10:转向控制部;11:SBW指令转向角运算部;12:干扰抑制指令转向角运算部;13:与横摆角相应的推斥力运算部;14:与横向位置相应的推斥力运算部;20:转轮反作用力控制部;21:横向力运算部;22:横向力偏移部;23:SAT运算部;24:转轮反作用力扭矩偏移部;25:与偏离余量时间相应的反作用力运算部;26:与横向位置相应的反作用力运算部;27:与转向角相应的反作用力运算部。
Claims (8)
1.一种车道维持辅助装置,在设置于车辆的方向盘与使所述车辆转向的转向轮被机械地分离的所述车辆中进行辅助,以使所述车辆在行驶车道内行驶,该车道维持辅助装置的特征在于,具备:
转向控制部,其使用为了使所述车辆在所述行驶车道内行驶而计算出的第一转向角以及与所述方向盘的转轮量对应的第二转向角来控制所述转向轮的转向角;
车速检测部,其检测所述车辆的车速;
反作用力指令值计算部,其计算与所述第一转向角对应的针对所述方向盘的第一反作用力指令值,并且计算与所述第二转向角对应的针对所述方向盘的第二反作用力指令值;以及
转轮反作用力控制部,其在所述车速高于规定的阈值时利用仅与所述第二反作用力指令值对应的转轮反作用力来控制对所述方向盘施加的转轮反作用力,在所述车速为所述规定的阈值以下时利用与所述第一反作用力指令值及所述第二反作用力指令值对应的转轮反作用力来控制对所述方向盘施加的所述转轮反作用力。
2.一种车道维持辅助装置,在设置于车辆的方向盘与使所述车辆转向的转向轮被机械地分离的所述车辆中进行辅助,以使所述车辆在行驶车道内行驶,该车道维持辅助装置的特征在于,具备:
转向控制部,其使用为了使所述车辆在所述行驶车道内行驶而计算出的第一转向角以及与所述方向盘的转轮量对应的第二转向角来控制所述转向轮的转向角;
车速检测部,其检测所述车辆的车速;
反作用力指令值计算部,其计算与所述第一转向角对应的针对所述方向盘的第一反作用力指令值,并且计算与所述第二转向角对应的针对所述方向盘的第二反作用力指令值;以及
转轮反作用力控制部,其利用与所述第一反作用力指令值及所述第二反作用力指令值对应的转轮反作用力来控制对所述方向盘施加的所述转轮反作用力,
其中,所述反作用力指令值计算部以如下方式计算所述第一反作用力指令值:与所述车速高于规定的阈值时相比,在所述车速为所述规定的阈值以下时所述第一反作用力指令值更大。
3.根据权利要求1或2所述的车道维持辅助装置,其特征在于,
所述转轮反作用力控制部使用对所述第一反作用力指令值和所述第二反作用力指令值各自乘以与所述车速相应的比例而得到的值的合计值来控制所述转轮反作用力。
4.根据权利要求1或2所述的车道维持辅助装置,其特征在于,
在所述车速为所述规定的阈值以下时,所述转轮反作用力控制部使用所述第一反作用力指令值和所述第二反作用力指令值中的较大的一方来控制所述转轮反作用力。
5.根据权利要求1或2所述的车道维持辅助装置,其特征在于,
在所述车速为所述规定的阈值以下时,所述转轮反作用力控制部使用所述第一反作用力指令值与所述第二反作用力指令值的合计值来控制所述转轮反作用力。
6.根据权利要求1或2所述的车道维持辅助装置,其特征在于,
在所述车速为所述规定的阈值以下时所述方向盘的旋转方向是使所述车辆靠近车道中央侧的方向的情况下,所述转轮反作用力控制部使用所述第一反作用力指令值和所述第二反作用力指令值中的较大的一方来控制所述转轮反作用力,在所述车速为所述规定的阈值以下时所述方向盘的旋转方向不是使所述车辆靠近车道中央侧的方向的情况下,所述转轮反作用力控制部使用所述第一反作用力指令值与所述第二反作用力指令值的合计值来控制所述转轮反作用力。
7.根据权利要求1或2所述的车道维持辅助装置,其特征在于,
在所述车速为所述规定的阈值以下时,所述转轮反作用力控制部使用所述第一反作用力指令值与所述第二反作用力指令值的平均值来控制所述转轮反作用力。
8.根据权利要求1或2所述的车道维持辅助装置,其特征在于,
在所述车速高于所述规定的阈值时,所述转轮反作用力控制部将所述第二反作用力指令值的值设为0。
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