CN117901943A - 车辆的控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及车辆的控制装置以及控制方法。车辆的控制装置是构成为能够执行基于预定的第1增益输出操舵转矩的第1控制、和基于与第1增益不同的预定的第2增益输出操舵转矩的第2控制的控制装置，在第1控制的执行中，运算作为到第2控制的开始条件成立为止的预测时间的开始预测时间，并且在开始预测时间满足预定条件的情况下，在开始第2控制之前，执行使第1控制的输出操舵转矩接近0的缩退控制。

Description

车辆的控制装置以及控制方法

技术领域

本公开涉及车辆的控制装置以及控制方法。

背景技术

日本特开2019-209844公开了一种驾驶辅助装置，其预测与外部环境相应的驾驶员的操作量，并且运算该预测的量与驾驶员实际的操作量的偏离量，通过将操作部的反作用力特性变更为与偏离量相应的反作用力特性，实现驾驶员的操作量的优化。

发明内容

在能够执行多个操舵(转向)控制作为驾驶辅助的驾驶辅助装置中，存在将执行中的操舵控制切换为其他操舵控制的情况。一般而言，多个操舵控制由于目的不同，因而相对于目标舵角的舵角追随性也不同。因此，在将执行中的操舵控制切换为舵角追随性不同的其他操舵控制的情况下，存在如下问题：随着控制的切换，操舵转矩(torque)骤变(急剧变化)，给包括驾驶员在内的车辆的乘员带来不适感(违和感)。

本公开的目的之一在于，提供能够有效地抑制操舵转矩随着控制切换的变动的技术。

本公开涉及车辆的控制装置以及控制方法，该控制装置以及控制方法构成为能够执行基于预定的第1增益输出操舵转矩的第1控制、和基于与所述第1增益不同的预定的第2增益输出操舵转矩的第2控制，在所述第1控制的执行中，运算作为到所述第2控制的开始条件成立为止的预测时间的开始预测时间，并且在所述开始预测时间满足预定条件的情况下，在开始所述第2控制之前，执行使所述第1控制的输出操舵转矩接近0的缩退控制。

根据以上的控制装置以及控制方法，在第1控制的执行中，在将操舵控制切换为增益与第1控制不同的第2控制的情况下，在开始第2控制之前，执行使第1控制的输出操舵转矩接近0的缩退控制。由此，能够有效地抑制操舵转矩随着控制切换的变动，也能够有效地防止给车辆的乘员带来不适感。

附图说明

以下，参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和产业意义进行说明，在附图中相同的标号表示相同的要素，并且其中：

图1是表示本实施方式涉及的车辆的硬件构成的示意图；

图2是表示本实施方式涉及的控制装置的软件构成的示意图；

图3是说明行驶车道信息的示意图；

图4是说明本实施方式涉及的切换控制的时间图(timing chart)；

图5是说明本实施方式涉及的切换控制的例程(routine)的流程图；

图6是说明比较例的切换控制的时间图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本实施方式涉及的车辆的控制装置以及控制方法。

硬件构成

图1是表示本实施方式涉及的控制装置被应用的车辆SV的硬件构成的示意图。

车辆SV具有电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)10。ECU10具备中央处理单元(CPU：Central Processing Unit)11、只读存储器(ROM：Read Only Memory)12、随机存取存储器(RAM：Random Access Memory)13以及接口装置(I/F)14等。CPU11是执行存储于ROM12的各种程序的处理器。ROM12是非易失性存储器，存储CPU11执行各种程序所需的数据等。RAM13是易失性存储器，提供各种程序在由CPU11执行时被展开的工作区域。接口装置14是用于与外部装置进行通信的通信设备。

ECU10是成为进行辅助车辆SV的驾驶员的驾驶操作的驾驶辅助的中枢的装置。作为驾驶辅助，ECU10能够执行操舵介入程度比较小的通常辅助模式、和操舵介入程度比较大的回避辅助模式，并能够切换通常辅助模式和回避辅助模式。

通常辅助模式是指进行驾驶员主体的驾驶辅助的模式。在本实施方式中，进行变更操舵操作部的反作用力特性以使驾驶员的操舵操作量成为适当的操作量的反作用力控制。回避辅助模式是指进行***主体的驾驶辅助的模式。在本实施方式中，进行抑制车辆SV从行驶车道偏离的车道偏离预警控制(Lane Departure Alert Control，以下，LDA控制)。关于这些反作用力控制以及LTA控制的详情，稍后进行说明。

对于ECU10，可通信地连接有驱动装置20、制动装置21、操舵装置22、内界传感器装置30、外界传感器装置40等。

驱动装置20产生传递至车辆SV的驱动轮的驱动力。作为驱动装置20，例如可列举电动机、发动机。在本实施方式中，车辆SV可以是混合动力车(HEV：hybrid electricvehicle)、插电式混合动力车(PHEV)、燃料电池车(FCEV：fuel cell electric vehicle)、电动汽车(BEV：battery electric vehicle)和发动机汽车中的任一方。制动装置21对车辆SV的车轮施加制动力。

操舵装置22对车辆SV的车轮施加转舵(转向)力。操舵装置22可以是齿条齿轮式和线控转向式中的任一方。操舵装置22具备包括方向盘SW等的操舵操作部23。另外，操舵装置22具备对转向轴24施加操舵转矩的转舵用马达25。转舵用马达25根据来自ECU10的指令产生操舵转矩。通过该操舵转矩，能够使车辆SV的左右操舵轮转舵，进而，能够对方向盘SW施加相对于驾驶员的操作的反作用力。此外，操舵操作部23不限定于方向盘SW，也可以是操舵杆等、轮盘以外的形状。

内界传感器装置30是检测车辆SV的状态的传感器类。具体而言，内界传感器装置30具备车速传感器31、操舵角传感器32、偏航率(yaw rate)传感器33、加速度传感器34等。

车速传感器31检测车辆SV的行驶速度(车速V)。操舵角传感器32检测车辆SV的未图示的方向盘或者转向轴的旋转角、即操舵角。偏航率传感器33检测车辆SV的偏航率。加速度传感器34检测车辆SV的加速度。内界传感器装置30按预定周期将由各传感器31至34检测的车辆SV的状态发送给ECU10。

外界传感器装置40是识别与车辆SV周围的目标物有关的目标物信息的传感器类。具体而言，外界传感器装置40具备雷达传感器41、摄像头传感器(camera sensor)42等。在此，作为目标物信息，例如可列举周边车辆、描画在路面上的白线等区划线、路缘石、护栏、墙壁等。外界传感器装置40在每经过预定时间时反复将取得的目标物信息发送给ECU10。

雷达传感器41例如设置于车辆SV的前部，检测存在于车辆SV的前方区域的目标物。雷达传感器41包括毫米波雷达和/或激光雷达。毫米波雷达发射毫米波段的电波(毫米波)，接收由存在于发射范围内的目标物反射的毫米波(反射波)。毫米波雷达基于所发送的毫米波与所接收的反射波的相位差、反射波的衰减水平及从发送毫米波起到接收反射波为止的时间等，取得车辆SV与目标物的相对距离、车辆SV与目标物的相对速度等。激光雷达通过向多个方向依次扫描波长比毫米波短的脉冲状的激光，并接收由目标物反射的反射光，取得在车辆SV的前方检测到的目标物的形状、车辆SV与目标物的相对距离、车辆SV与目标物的相对速度等。

摄像头传感器42例如是立体摄像头和/或单眼摄像头，能够使用具有CMOS、CCD等拍摄元件的数码摄像头。摄像头传感器42例如配设于车辆SV的前挡风玻璃的上部。摄像头传感器42拍摄车辆SV的前方，对拍摄到的图像数据进行处理，由此取得车辆SV的前方的目标物信息。目标物信息是表示在车辆SV的前方检测到的目标物的种类、车辆SV与目标物的相对距离、车辆SV与目标物的相对速度等的信息。目标物的种类例如通过模式匹配等机器学习来识别即可。

软件构成

图2是表示本实施方式涉及的ECU10的软件构成的示意图。如图2所示，ECU10具备车道识别部100、反作用力控制部110、LDA控制部120和切换控制部130等作为功能要素。这些各功能要素100至130通过ECU10的CPU11将存储于ROM12的程序读出到RAM13并执行来实现。此外，在本实施方式中，设为各功能要素100至130包含于作为一体的硬件的ECU10进行说明，但也能将它们中的任一部分设置于与ECU10分别的其他ECU。另外，ECU10的各功能要素100至130的全部或者一部分也能够设置于可与车辆SV通信的设施(例如，管理中心等)的信息处理装置。

车道识别部100基于外界传感器装置40的检测结果，识别车辆SV行驶中的行驶车道。在此，所谓行驶车道，不仅指由描画在路面上的白线、黄色线等区划线划定的行驶区域，还指由路缘石、护栏、墙壁等构造物划定的行驶区域。此外，以下为方便起见，将由这些区划线、构造物等划定的行驶区域的边界称为“边界线”。

如图3所示，车道识别部100识别左边界线LL和右边界线LR。另外，车道识别部100运算成为这些左右边界线LL、LR的中央位置的中央线LC的曲线半径R，并且运算中央线LC的方向与车辆SV所朝的方向的偏向角θy(偏航角θy)。再者，车道识别部100运算车辆SV的左前轮与左边界线LL之间以及右前轮与右边界线LR之间的各自的道路宽度方向的距离(以下，横向偏差Δx)。图3仅表示了左前轮与左边界线LL之间的横向偏差Δx。在该情况下，横向偏差Δx存在左右两个。在后述的LDA控制时，使用推定为车辆SV从行驶车道偏离的方向、也即是说由偏航角θy表示的方向的横向偏差Δx即可。以下，也将由车道识别部100运算的横向偏差Δx、偏航角θy以及曲线半径R统称为行驶车道信息。

反作用力控制部110在驾驶辅助为通常辅助模式的情况下，执行在维持驾驶员的主体感的同时，变更操舵操作部23的反作用力特性以使驾驶员的方向盘SW的操作量变得适当的反作用力控制。反作用力特性是指，根据驾驶员对于方向盘SW的操作量，从转舵用马达25施加于转向轴24的反作用力的特性。

反作用力控制部110基于内界传感器装置30的检测结果以及由车道识别部100取得的行驶车道信息，预测驾驶员的适当操作量。适当操作量是指，驾驶员对应车辆SV周围的状况通常会进行的方向盘SW的操作量。反作用力控制部110对预测的适当操作量与驾驶员实际的操作量(实际操作量)进行比较。驾驶员的操作量基于操舵角传感器32的检测结果取得即可。

反作用力控制部110在实际操作量为适当操作量的情况下，将操舵操作部23的反作用力特性维持为预定的基准反作用力特性。另一方面，反作用力控制部110在实际操作量不为适当操作量的情况下，将操舵操作部23的反作用力特性从基准反作用力特性变更为主体感维持反作用力特性。主体感维持反作用力特性是在维持驾驶员的主体感的同时使实际操作量容易留在适当操作量的反作用力特性，能够通过从基准反作用力特性的微小变更来设定。作为一例，通过使实际操作量处于适当操作量时的反作用力变化量比实际操作量偏离于或者好像要偏离适当操作量时的反作用力变化量大，能够设定主体感维持反作用力特性。

反作用力控制部110若将反作用力特性变更为主体感维持反作用力特性，则基于主体感维持反作用力特性运算反作用力控制的目标舵角(以下，反作用力目标舵角σA)。另外，反作用力控制部110通过对反作用力目标舵角σA与由操舵角传感器32取得的实际舵角σD的舵角差Δσ乘以预定的转矩增益(以下，反作用力转矩增益τA)，运算反作用力辅助转矩τSA(＝τA(σA-σD))。另外，反作用力控制部110将包含表示反作用力辅助转矩τSA的信息的指令信号发送给操舵装置22。由此，反作用力辅助转矩τSA从转舵用马达25传递到转向轴24，对方向盘SW施加期望的反作用力。

LDA控制部120在车辆SV好像要偏离行驶车道时，执行抑制车辆SV从行驶车道的偏离的LDA控制。LDA控制部120基于由车道识别部100取得的行驶车道信息(Δx、θy、R)，运算LDA控制的目标舵角(以下，LDA目标舵角σB)。LDA目标舵角σB是以车辆SV不偏离到边界线LL、LR的外侧的方式设定的舵角。

LDA控制部120判定LDA开始条件是否成立。作为LDA开始条件，例如可列举车辆SV到达边界线LL、LR为止的预测到达时间TR变得比预定的阈值时间Tv短的情况(TR<Tv)。预测到达时间TR能够基于假设为车辆SV直至到达边界线LL、LR为止进行等加速度直线运动的以下数式(1)求取。

在数式(1)中，Δx为横向偏差，V为车辆SV的车速，YR为车辆SV的偏航率。

LDA控制部120在LDA开始条件成立时，通过对LDA目标舵角σB与由操舵角传感器32取得的实际舵角σD的舵角差Δσ乘以预定的转矩增益(以下，LDA转矩增益τB)，运算LDA辅助转矩τSB(＝τB(σB-σD))。另外，LDA控制部120运算出LDA辅助转矩τSB时，将包含表示LDA辅助转矩τSB的信息的指令信号发送给操舵装置22。由此，LDA辅助转矩τSB从转舵用马达25传递到转向轴24，通过车辆SV的操舵轮转舵，从而抑制车辆SV从行驶车道偏离。

在此，设想驾驶辅助从通常辅助模式切换为回避辅助模式的情况、即操舵控制从反作用力控制转至LDA控制的情况。反作用力控制是相对于目标舵角的舵角追随性低的驾驶员主体的驾驶辅助，LDA控制是相对于目标舵角的舵角追随性高的***主体的驾驶辅助。一般而言，转矩增益越小，则相对于目标舵角的舵角追随性越低，目标舵角与实际舵角的舵角差越大。另一方面，转矩增益越大，则相对于目标舵角的舵角追随性越高，目标舵角与实际舵角的舵角差越小。因此，在将操舵控制从舵角追随性低的反作用力控制切换为舵角追随性高的LDA控制的情况下，考虑使目标舵角慢慢地变化，平稳地维系舵角。

图6是说明在将操舵控制从反作用力控制切换为LDA控制时平稳地维系舵角的情况的一例的时间图。图6是本公开的比较例。图6的时刻t1至t2表示为了平稳地维系舵角而使目标舵角(参照σS)从反作用力目标舵角σA向LDA目标舵角σB慢慢地变化的渐变期间。LDA控制与反作用力控制相比舵角追随性较高，因而LDA转矩增益τB处于比反作用力转矩增益τA大的关系(τA<τB)。因此，即使设置了使目标舵角渐变的渐变期间，在控制切换前后，输出操舵转矩也会从反作用力辅助转矩τSA(＝τA(σA-σD))大幅地变化为LDA辅助转矩τSB(＝τB(σB-σD))，从而发生转矩骤变(参照图6中的α)。存在当发生转矩骤变时会给包括驾驶员在内的乘员带来不适感和不快感这一问题。另外，渐变期间也存在图6中由虚线所示的LDA目标舵角σB从实际舵角σD大幅偏离从而使LDA控制的舵角追随性恶化这一问题(参照图6中的β)。

于是，本实施方式的切换控制部130通过在将反作用力控制切换为LDA控制之前，执行使反作用力辅助转矩τSA接近0(零)的事先缩退控制，抑制随着控制切换的转矩骤变。以下，基于图4所示的时间图，说明事先缩退控制的详情。

在图4的时刻t0，驾驶辅助为通常辅助模式，正在执行反作用力控制。切换控制部130在反作用力控制的执行中，按预定周期反复运算反作用力目标舵角σA与实际舵角σD的舵角差Δσ。另外，切换控制部130按预定周期反复运算从当前时刻到LDA控制的开始条件成立为止的预测时间(以下，开始预测时间TB)。开始预测时间TB是从当前时刻到前述的预测到达时间TR变得比阈值时间Tv短为止的时间。

切换控制部130基于预先设定的转矩渐落(逐渐减小)梯度τgr，运算使当前的反作用力辅助转矩τSA大致为0(零)为止所需的预测时间(以下，缩退预测时间TD)。转矩渐落梯度τgr是使反作用力辅助转矩τSA逐渐减小到0(零)的转矩变化率(每单位时间的变化量)，以不给驾驶员带来不适感或者将不适感抑制为极小的值为基准来设定。转矩渐落梯度τgr可以是固定值，或者也可以是与舵角差Δσ相应的可变值。

切换控制部130通过将舵角差Δσ除以转矩渐落梯度τgr来运算缩退预测时间TD(＝Δσ/τgr)。切换控制部130判定缩退预测时间TD是否成为开始预测时间TB以上。在时刻t1，缩退预测时间TD成为开始预测时间TB以上的情况下(TD≥TB)，切换控制部130从时刻t1起开始进行事先缩退控制。

切换控制部130判定通过事先缩退控制的执行，舵角差Δσ是否变为了0(零)。在时刻t2，舵角差Δσ变为0(零)，随之，反作用力辅助转矩τSA也大致成为0(零)时，切换控制部130结束事先缩退控制。与此同时，切换控制部130开始进行LDA控制，即，将操舵控制从反作用力控制切换为LDA控制。如此，通过在反作用力辅助转矩τSA大致为0(零)的状态下开始LDA控制，从而即使在这些反作用力控制以及LDA控制的舵角追随性(转矩增益τA、τB)不同的情况下，也能够有效地抑制伴随切换的转矩变动的发生。另外，通过从舵角差Δσ为0(零)的状态开始LDA控制，也能够有效地确保LDA控制的舵角追随性。再者，只要反作用力辅助转矩τSA大致成为0(零)为止时间还有剩余，就继续进行反作用力控制，由此也能够最大限度地确保反作用力控制的工作时间。

图5是说明ECU10的CPU11进行的切换控制的例程的流程图。本例程根据反作用力控制的执行而开始。

在S100中，ECU10判定是否正在执行反作用力控制。在正在执行反作用力控制的情况下(是)，ECU10进入S110的处理。另一方面，在并非在执行反作用力控制的情况下(否)，ECU10退出本例程(return)。

在S110中，ECU10运算反作用力目标舵角σA与实际舵角σD的舵角差Δσ，并且运算从当前时刻到LDA控制的开始条件成立为止的开始预测时间TB。接下来，在S120中，ECU10判定舵角差Δσ除以转矩渐落梯度τgr而得到的缩退预测时间TD(＝Δσ/τgr)是否成为开始预测时间TB以上。在缩退预测时间TD成为开始预测时间TB以上的情况下(是)，ECU10进入S130的处理。另一方面，在缩退预测时间TD比开始预测时间TB短的情况下(否)，ECU10回到S100的判定处理。

在S130中，ECU10执行基于转矩渐落梯度τgr使反作用力辅助转矩τSA大致接近0(零)的事先缩退控制。接下来，在S140中，ECU10判定通过事先缩退控制的执行，舵角差Δσ是否变为了0(零)。在舵角差Δσ没有变为0(零)的情况下(否)，ECU10回到S130的处理，继续进行事先缩退控制。另一方面，在舵角差Δσ变为了0(零)的情况下(是)，ECU10进入S150的处理，开始LDA控制。之后，ECU10退出本例程。

以上，对本实施方式涉及的车辆的控制装置以及控制方法进行了说明，但本公开不限定于上述实施方式，只要不脱离本发明的目的，可以进行各种变形。

例如，在上述实施方式中，设为切换控制部130在将驾驶辅助从通常辅助模式切换为回避辅助模式的情况下，即、使操舵控制从反作用力控制转至LDA控制的情况下，执行事先缩退控制，但可以在将驾驶辅助从回避辅助模式切换为通常辅助模式的情况下，即、使操舵控制从LDA控制转至反作用力控制的情况下，也执行事先缩退控制。在该情况下，也能够抑制伴随控制切换的转矩骤变(骤减)，能够有效地防止给驾驶员带来不适感。

另外，回避辅助模式不限定于LDA控制，也可以是车道维持辅助控制(LTA控制)、操舵避障控制(PCS控制)等、操舵介入的程度比较大的其他操舵控制。

另外，本公开的应用不限定于操舵控制，也可以应用于在动力传动***等的一般的致动器的控制中针对一个致动器切换增益不同的两个以上的控制的情况。作为这种控制的一例，例如可列举将电动机的再生制动力切换为更强的制动力的控制等。

另外，车辆SV也可以是能够切换自动驾驶和手动驾驶的车辆。在该情况下，在手动驾驶时执行本公开的控制即可。

Claims (5)

1.一种车辆的控制装置，是构成为能够执行基于预定的第1增益输出操舵转矩的第1控制、和基于与所述第1增益不同的预定的第2增益输出操舵转矩的第2控制的控制装置，

在所述第1控制的执行中，运算作为到所述第2控制的开始条件成立为止的预测时间的开始预测时间，并且在所述开始预测时间满足预定条件的情况下，在开始所述第2控制之前，执行使所述第1控制的输出操舵转矩接近0的缩退控制。

2.根据权利要求1所述的车辆的控制装置，

所述第2增益是比所述第1增益大的增益，所述第2控制是相对于目标舵角的舵角追随性比所述第1控制高的操舵控制。

3.根据权利要求1或2所述的车辆的控制装置，

运算作为通过所述缩退控制的执行而所述第1控制的输出操舵转矩变为0为止的预测时间的缩退预测时间，并且在所述缩退预测时间比所述开始预测时间短的情况下，判定为不满足所述预定条件。

4.根据权利要求1或2所述的车辆的控制装置，

所述第1控制是预测与所述车辆周围的状况相应的驾驶员对于操舵操作部的适当操作量并且设定包含该适当操作量的适当操作范围、并变更所述操舵操作部的反作用力特性以使得所述驾驶员的操作量处于所述适当操作范围内的反作用力控制，

所述第2控制是抑制所述车辆从行驶车道偏离的车道偏离抑制控制、将所述车辆维持于行驶车道的车道维持辅助控制、和避免所述车辆与障碍物碰撞的操舵避障辅助控制中的任一方的操舵控制。

5.一种车辆的控制方法，是构成为能够执行基于预定的第1增益输出操舵转矩的第1控制、和基于与所述第1增益不同的预定的第2增益输出操舵转矩的第2控制的控制方法，包括：

在所述第1控制的执行中，运算作为到所述第2控制的开始条件成立为止的预测时间的开始预测时间，并且在所述开始预测时间满足预定条件的情况下，在开始所述第2控制之前，执行使所述第1控制的输出操舵转矩接近0的缩退控制。