CN101945798B - 泊车辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泊车辅助装置(10)，其被适用于具有前后轮可独立转向的四轮转向模式的车辆中，其特征在于，具有：路径计算单元，其计算向目标位置引导车辆所需的该车辆的路径；辅助单元，其根据由所述路径计算单元计算出的路径，辅助车辆向所述目标位置进行泊车移动，由所述路径计算单元计算出的路径包括，预定由前后轮以前后反相的方式转向时的路径，而该路径包括由定点画出回旋曲线的轨迹的区间，其中，所述定点为，位于车辆的前后方向的中心线上的定点，且为自旋转中心出发的垂直线与所述中心线相交的交点。

Description

泊车辅助装置

技术领域

本发明涉及一种泊车辅助装置，其适用于具有前后轮可独立转向的四轮转向模式的车辆中。

背景技术

一直以来，在适用于仅前轮可转向的车辆的泊车辅助装置中，以车辆后轮的车轴中心作为基准点，计算出向目标泊车位置引导车辆所需的路径，该计算出的路径包括，由该基准点画出回旋曲线的轨迹的区间(例如，参照专利文献1)。另外，在专利文献1中，记载有“如果为搭载有四轮转向机构的车辆，则可在进行沿着转向控制模型而实施的转向角控制的同时，通过后轮转向而进行车辆沿着目标移动轨迹的移动”的内容。

专利文献1：日本特开2006-8009号公报

发明内容

发明所要解决的问题

而且，在仅前轮可转向的车辆(以下，也称为“两轮转向车”)中，由于旋转中心常时位于车辆后轮的车轴的延长线上，所以当车辆的转弯曲率以与车辆的移动量呈比例的关系进行增减时，车辆后轮的车轴中心(后轴中心)将画出回旋曲线的轨迹。因此，当如上述专利文献1等所述的方式，以车辆后轮的车轴中心作为基准点而计算路径时，能够通过使用了回旋曲线的简易计算来计算出路径，从而能够有效地降低计算负荷等。

但是，在搭载有四轮转向机构的车辆、即具有前后轮可独立转向的四轮转向模式的车辆(以下，也称为“四轮转向车”)中，当后轮与前轮一起转向时，由于旋转中心向车辆前方移动，所以车辆的后轴中心的轨迹不再是回旋曲线。另外，在四轮转向车中，当后轮与前轮一起被转向时，根据前后轮的转向角的关系，旋转中心不仅在车宽方向上移动，还在车辆前后方向上移动，因此生成路径较为困难。

因此，本发明的目的在于，提供一种泊车辅助装置，其即使在四轮转向车中，也可使用包括回旋曲线的路径。

用于解决问题的方法

上述目的可通过在附加的权利要求书中所述的发明来解决。

发明的效果

根据本发明，可获得一种泊车辅助装置，其即使在四轮转向车中，也可使用包括回旋曲线的路径。

附图说明

图1为表示本发明中的泊车辅助装置10的一个实施例的***结构图。

图2为模式化地表示两轮转向车的情况下的旋转中心移动的图。

图3为表示车辆的移动距离和曲率之间的关系的一个示例的图。

图4为模式化地表示四轮转向车的情况下的旋转中心移动的图。

图5为模式化地表示本实施例所采用的路径的基准点的图。

图6为使用了车辆的两轮的公式1的说明图。

符号说明

10泊车辅助装置

12泊车辅助ECU

16转向角传感器

18车速传感器

22显示器

24扬声器

30转向控制ECU

32前轮转向用作动器

34后轮转向用作动器

具体实施方式

以下，参照附图进行对本发明的具体实施方式的说明。

图1为，表示本发明中的泊车辅助装置10的一个实施例的***结构图。如图1所示，泊车辅助装置10以电子控制单元12(以下，称为“泊车辅助ECU12”)为中心而构成。泊车辅助ECU12被构成为，由通过未图示的总线而相互连接的CPU、ROM以及RAM等组成的微型计算机。在ROM中存储有供CPU执行的程序或者数据。

在泊车辅助ECU12上，通过CAN(Controller Area Network：控制器局域网)或者高速通信总线等适当的总线，连接有转向控制ECU30、检测由驾驶者所操作的方向盘(未图示)的转向角的转向角传感器16、以及检测车辆速度的车速传感器18。车速传感器18可以为，被配置在各车轮上，并以与车轮速度相对应的周期而产生脉冲信号的车轮速度传感器。

在转向控制ECU30上，连接有前轮转向用作动器32以及后轮转向用作动器34。前轮转向用作动器32可以为，例如被设置在转向管柱或者转向器箱中，并通过其转角而使转向轴旋转的电动机。或者，前轮转向用作动器32还可以为，例如经滚珠丝杠机构并通过其转角而使齿条轴平移的电动机。后轮转向用作动器34可以是左右后轮共用，也可以被单独地设置于左右后轮上。另外，只要左右后轮是能够以机械性地独立于前轮转向机构的状态，通过电子控制而转动所需转向量的结构，那么后轮的转向机构可以为任意的结构。

转向控制ECU30根据由后文叙述的泊车辅助ECU12提供的前后轮的目标转向角(目标轮胎转向角)，来控制前轮转向用作动器32以及后轮转向用作动器34，从而分别实现该前后轮的目标转向角。

接下来，对通过本实施例的泊车辅助ECU12而实现的主要功能进行说明。

在设定了目标泊车位置时，泊车辅助ECU12计算出从当前的车辆位置向目标泊车位置引导车辆所需的该车辆的路径。目标泊车位置可以被自动地设定，也可以通过手动而设定。另外，这里的目标泊车位置不需要一定是最终的目标泊车位置，也可以为假设的目标泊车位置(之后有可能被修正的目标泊车位置)。例如，也可以根据来自侦测声纳***(未图示)的点列数据来检测泊车空间，并根据该泊车空间的检测结果而自动地设定目标泊车位置。另外，例如，目标泊车位置还可以通过在显示器22上所显示的后方照相机的图像上，通过手动来移动表示目标泊车位置的泊车线框的模拟的图形显示，从而进行设定。

另外，在两轮转向车的情况下，如图2模式化表示，由于旋转中心常时位于车辆后轮的车轴的延长线上，所以当如图3所示的区间A、B这样，以与车辆的移动量成比例的关系来增减车辆的转弯曲率时，车辆后轮的车轴中心(后轴中心)将画出回旋曲线的轨迹。

与此相对，在如本实施方式这种四轮转向车的情况下，当前后轮以反相的方式转向时，如图4模式化表示，旋转中心依存于前后轮的转向角的关系，从而不仅在车宽方向上、还在车辆前后方向上移动。因此，车辆的后轴中心的轨迹无法成为回旋曲线。因此，如两轮转向车的情况，以后轴中心作为基准位置而计算路径时，由于不能以回旋曲线来生成路径，所以路径计算将会复杂化。

因此，在本实施方式中，如图5模式化表示，将(在从上方朝向垂直下方俯视车辆时)车辆的前后方向的中心线上的点P，且为自旋转中心出发的垂直线与前后方向的中心线相交的交点的点P，作为路径的基准点而使用。在这里，为了使点P画出回旋曲线的轨迹，需要即使转弯曲率发生变化，点P相对于后轴中心不在前后方向上移动，因此，旋转中心需要如图5模式化表示的这样，仅在车宽方向上移动。因此，在本实施例中，以避免点P在前后方向上移动的方式(即，使其为定点的方式)，来限制转弯中的前后轮的转向角的关系。具体来说，以满足如下的关系式的方式，来限制转弯中的前后轮的转向角的关系。

[公式1]

${\mathrm{\θ}}_R={\tan }^{-1}\left(\frac{T\·\tan {\mathrm{\θ}}_F}{1-T}\right)$

另外，公式1所表示的关系式是通过如图6这样的车辆的两轮模型(简易模型)而导出的。因此，在公式1中，θ_F表示前轮之轮胎转向角的左右平均值的大小，θ_R表示后轮之轮胎转向角的左右平均值的大小。另外，在公式1中，T为常数，并如图5模式化地表示，被从车辆的前后中心线上的后轴中心到基准点P之间的距离α(在二维的俯视时的距离)和轴距长度WB表示为T＝α/WB。

如此种方式，在本实施例中，由于可生成使用了回旋曲线的路径，所以泊车辅助ECU12以点P作为基准点，而生成包括回旋曲线在内的路径。路径除了包括回旋曲线的区间以外，还可以包括直线的区间以及圆弧的区间。另外，通过使图3所示的转弯曲率相对于移动距离的倾斜度可变，从而能够以多种形态设定回旋曲线。另外，包括回旋曲线在内的路径，可考虑当前的车辆位置和目标泊车位置之间的位置关系、以及车辆的最大转弯曲率等而适当地决定。例如，为了在辅助中留出后期的补正的余地，初期的路径可采用比车辆的最大转弯曲率小一定程度的转弯曲率(例如达到最大转弯曲率的90％的转弯曲率)。另外，由于在四轮转向车的情况下，车辆的最小转弯半径可小于两轮转向车的情况，所以能够生成利用了小半径转向的优点的路径。

泊车辅助ECU12在以上述方式计算出从当前的车辆位置向目标泊车位置引导车辆所需的该车辆的路径(以下，称为“目标路径”)时，将根据该目标路径，来执行用于向目标泊车位置引导车辆的泊车辅助。具体而言，泊车辅助ECU12首先计算出目标路径的各位置上的前轮以及后轮的目标转向角(轮胎转向角的目标值)，以使点P沿着目标路径移动。在这里，用于实现车辆在目标路径各位置上的各个转弯曲率的前轮以及后轮的轮胎转向角、且满足公式1所示关系式的前轮以及后轮的轮胎转向角，根据转弯曲率而被唯一确定。该关系(转弯曲率和当时的前轮以及后轮的轮胎转向角的关系)，可以通过实验等预先导出，并作为转弯特性图表而被保存。另外，当目标路径除了包括回旋曲线的区间以外，还包括直线的区间以及圆弧的区间时，不仅在回旋曲线的区间内，在直线的区间或者圆弧的区间内，满足公式1所示关系式的前轮以及后轮的轮胎转向角，也作为目标转向角而被计算出(此时，在直线的区间中，目标转向角在前轮以及后轮均为零)。

当泊车辅助ECU12以此种方式来决定目标路径的各位置上的前轮以及后轮的目标转向角时，其后将根据车速传感器18的输出信号(车轮速度脉冲)以及从转向角传感器16获得的实际转向角，来推断和监视车辆在目标路径上的位置(车辆移动量)，并向转向控制ECU30发送与该推断的位置相对应的、前轮以及后轮的目标转向角。接收到该目标转向角后，转向控制ECU30对前轮转向用作动器32以及后轮转向用作动器34进行控制，从而使该前后轮分别实现目标转向角。另外，当车辆位置从目标路径上偏离时，泊车辅助ECU12将根据此情况再次计算新的目标路径，并计算出新的目标转向角，或者也可以计算出反映了向原来的目标路径进行轨道修正所需的修正转向角的、新的目标转向角。

根据上文说明的本实施例的泊车辅助装置10，可获得如下的优异效果。

如上文叙述，由于将车辆的前后方向的中心线上的定点P、且为自旋转中心出发的垂直线与中心线相交的交点的点P，作为基准点而计算出路径，所以即使是四轮转向车，也可生成包括回旋曲线在内的路径。由此，能够简单地进行路径生成以及车辆移动量计算。另外，由于可生成包括回旋曲线在内的路径，所以即使是四轮转向车，也能够利用在两轮转向车中所使用的路径生成逻辑，从而还能够降低设计上的负担。另外，在两轮转向车中所使用的路径生成逻辑，例如仅通过补偿(偏移)在两轮转向车中所采用的基准点(后轴中心)和上述的基准点之间的偏移量α(参照图5)，便可直接利用。而且，由于在四轮转向车的情况下，通过以反相的方式转向前后轮从而使最大转弯曲率大于两轮转向车的情况下的最大转弯曲率，所以利用所述特性而能够有效生成转向半径小的路径。

另外，在本实施例中，权利要求中的“路径计算单元”，是通过泊车辅助ECU12而实现的，该权利要求中的“辅助单元”，是通过泊车辅助ECU12以及转向控制ECU30协同而实现的。

以上，对本发明的优选实施例进行了详细说明，但本发明并不被限定于上述实施例，在不脱离本发明的范围的条件下，能够对上述实施例加以各种的变形以及置换。

例如，虽然在上述的实施例中，是通过以使用图6这种车辆的两轮模型而实现公式1所示关系式的方式，来限定转弯中的前后轮的转向角关系，从而使点P作为“定点”而不在转弯中变化的，但是，也可以利用不同的模型或者模拟试验等的分析结果或者实验结果(例如利用了GPS定位结果的点P的轨道的实验结果)，而确立其他的约束条件。总之，只要在应该成为回旋曲线区间的区间中的任意车辆位置处，作为自旋转中心出发的垂直线与前后方向上的中心线相交的交点的点P，能够在该区间中画出回旋曲线的轨迹即可。另外，所谓回旋曲线是指，如图3所示的曲率相对于车辆移动距离的变化率为固定的曲线，但是，由于实际的点P的轨迹会受到控制误差等的影响，所以有时无法形成完整的回旋曲线。

另外，虽然上述的实施例是以目标泊车位置作为目标位置，并与到该目标位置的路径的计算方法相关，但是目标位置并不限定于所述目标泊车位置。例如，在向目标泊车位置泊车的泊车开始位置(挂倒档而应该开始后退行驶的位置)前进移动时的转向状态等实施泊车辅助时，可被应用于朝向泊车开始位置的路径的计算。

另外，上述的实施例不仅适用于通过车辆后退(倒退)而实施的泊车移动时的路径计算方法，还可适用于通过车辆前进而实施的泊车移动时的路径计算方法。例如，在向目标泊车位置泊车的泊车开始位置前进移动时的转向状态等实施泊车辅助时，可被应用于前进移动时的路径计算方法。

另外，虽然在上述实施例中，是通过根据目标路径而进行自动转向，从而实现了泊车辅助的，但是泊车辅助的方式并不限定于此。例如，也可如上文叙述的方式，根据基于目标路径而计算出的前轮的目标转向角，通过利用显示器22以及/或者扬声器24(图1)，输出对前轮的转向方式(即方向盘的操作方式)进行引导的引导声音以及/或者引导显示，从而实现泊车辅助。此时，不需要前轮转向用作动器32，而泊车辅助ECU12只需在回旋曲线的区间中，根据前轮的实际转向角或者目标转向角，来控制后轮转向用作动器34以维持公式1的关系即可。

另外，虽然在上述实施例中，采用了目标转向角以作为泊车辅助时的目标值，但是，只要是与转向角相关的物理量，任何物理量都可以被用来作为目标值。例如，可采用前轮转向机构的齿条轴的移动量、或者对作为前轮转向用作动器32的电动机施加的电流/电压的施加量等，以作为目标值。同样地，只要是与前后轮的转向角相关的物理量，则可通过任何物理量来表示与公式1的关系式在实质上等价的关系式，例如，可采用前轮转向机构的齿条轴的移动量、或者对作为后轮转向用作动器34的电动机施加的电流/电压的施加量等来表示。

另外，虽然在上述实施方式中，仅对利用了四轮转向模式的泊车辅助进行了说明，但是，在搭载有四轮转向机构的车辆中，可根据情况而将两轮转向模式和四轮转向模式分开使用。因此，实现两轮转向模式和四轮转向模式中的哪一个，例如可通过用户的选择或者自动地进行切换，此时，路径计算所使用的基准点，可根据通过两轮转向模式进行转向的情况和通过四轮转向模式进行转向的情况而进行变更。即，在处于四轮转向模式时，上述的点P被作为基准点，而在处于两轮转向模式时，车辆的后轴中心被作为基准点。此时，在处于四轮转向模式时，转向控制ECU30在由路径中的回旋曲线所规定的回旋区间内，如上文叙述，以点P画出沿着回旋曲线的轨迹的方式，使前后轮以前后反相地进行转向，而在处于两轮转向模式时，转向控制ECU30在回旋曲线区间内，以车辆的后轮中心画出沿着回旋曲线的轨迹的方式，使前轮进行转向。

另外，虽然在上述的实施例中，假设的是前后轮可独立转向的四轮的车辆，但是本发明也可适用于，如前后轮可独立转向的前面一个轮后面两个轮的车辆等具有其他的车轮结构的车辆上。

另外，在上述的实施例中，泊车辅助ECU12和转向控制ECU30之间的功能分担仅是一个示例，转向控制ECU30的功能的一部分或者全部可通过泊车辅助ECU12来实现，或者也可以通过其他的ECU来实现。

另外，本申请要求2008年2月18日提交的日本专利申请第2008-36007号的优先权，并在本国际申请中以参照的方式引用该申请的全部内容。

Claims (6)

1.一种泊车辅助装置，适用于具有前后轮可独立转向的四轮转向模式的车辆中，其特征在于，具有：

路径计算单元，其计算向目标位置引导车辆所需的该车辆的路径；

辅助单元，其根据由所述路径计算单元计算出的路径，辅助车辆向所述目标位置进行泊车移动，

在处于四轮转向模式时，由所述路径计算单元计算出的路径包括，预定由前后轮以前后反相的方式转向时的路径，而该路径包括由定点画出回旋曲线的轨迹的区间，其中，所述定点为，位于车辆的前后方向的中心线上的定点，且为自仅在车宽方向上移动的旋转中心出发的垂直线与所述中心线相交的交点。

2.如权利要求1所述的泊车辅助装置，

在处于四轮转向模式时，所述辅助单元根据由所述路径计算单元计算出的路径，计算出在该路径的任意位置上所应当实现的、与前后轮的转向角相关的目标值，并根据该目标值来辅助车辆向所述目标位置进行泊车移动，

在处于四轮转向模式时，所述回旋曲线的区间中的、与所述前轮的转向角相关的目标值和与所述后轮的转向角相关的目标值之间的关系为，由所述中心线上的所述定点的位置以及轴距长度所决定的固定的关系。

3.如权利要求2所述的泊车辅助装置，

在处于四轮转向模式时，所述回旋曲线的区间中的、与所述前轮的转向角相关的目标值和与所述后轮的转向角相关的目标值之间的关系，在用前轮的轮胎转向角的大小θ_F表示与所述前轮的转向角相关的目标值，并用后轮的轮胎转向角的大小θ_R表示与所述后轮的转向角相关的目标值时，通过如下的固定关系式来表示，

[公式2]

${\mathrm{\θ}}_R={\tan }^{-1}\left(\frac{T\·\tan {\mathrm{\θ}}_F}{1-T}\right)$

在公式2中，T为常数，并被从所述中心线上的后轴中心到所述定点之间的距离α和轴距长度WB表示为T=α/WB。

4.一种泊车辅助装置，适用于具有前后轮可独立转向的四轮转向模式的车辆中，其特征在于，具有：

路径计算单元，其计算向目标位置引导车辆所需的该车辆的路径；

辅助单元，其根据由所述路径计算单元计算出的路径，辅助车辆向所述目标位置进行泊车移动，

在处于四轮转向模式时，由所述路径计算单元计算出的路径，包括由回旋曲线规定的回旋区间，

在处于四轮转向模式时，所述辅助单元在所述回旋区间内，以由定点画出沿着所述回旋曲线的轨迹的方式，使前后轮前后反相地进行转向，其中，所述定点为，位于车辆的前后方向的中心线上的定点，且为自仅在车宽方向上移动的旋转中心出发的垂直线与所述中心线相交的交点。

5.一种泊车辅助装置，适用于具有前后轮可独立转向的四轮转向模式和仅前轮可转向的两轮转向模式的车辆中，其特征在于，具有：

路径计算单元，其计算向目标位置引导车辆所需的该车辆的路径；

辅助单元，其以车辆的预定基准点画出沿着由所述路径计算单元计算出的路径的轨迹的方式，辅助车辆向所述目标位置进行泊车移动，

在处于四轮转向模式时，由所述路径计算单元计算出的路径包括，预定由前后轮以前后反相的方式转向时的路径，

所述辅助单元在四轮转向模式时和两轮转向模式时改变所述基准点，

在处于四轮转向模式时，所述辅助单元以定点作为所述基准点，而在处于两轮转向模式时，所述辅助单元以车辆的后轴中心作为所述基准点，其中，所述定点为，位于车辆的前后方向的中心线上的定点，且为自仅在车宽方向上移动的旋转中心出发的垂直线与所述中心线相交的交点。

6.一种泊车辅助装置，适用于具有前后轮可独立转向的四轮转向模式和仅前轮可转向的两轮转向模式的车辆中，其特征在于，具有：

路径计算单元，其计算向目标位置引导车辆所需的该车辆的路径；

辅助单元，其以车辆的预定基准点画出沿着由所述路径计算单元计算出的路径的轨迹的方式，辅助车辆向所述目标位置进行泊车移动，

在处于四轮转向模式时，由所述路径计算单元计算出的路径包括，预定由前后轮以前后反相的方式转向时的路径，

所述辅助单元在四轮转向模式时和两轮转向模式时改变所述基准点，

在四轮转向模式时以及两轮转向模式时，由所述路径计算单元计算出的路径，包括由回旋曲线规定的回旋区间，

在处于四轮转向模式时，所述辅助单元在所述回旋区间内，以由定点作为所述基准点而画出沿着所述回旋曲线的轨迹的方式，使前后轮前后反相地进行转向，而在处于两轮转向模式时，所述辅助单元在所述回旋区间内，以由车辆的后轴中心作为所述基准点而画出沿着所述回旋曲线的轨迹的方式，使前轮进行转向，其中，所述定点为，位于车辆的前后方向的中心线上的定点，且为自仅在车宽方向上移动的旋转中心出发的垂直线与所述中心线相交的交点。