DE102018102894B4

DE102018102894B4 - Lenksteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018102894B4
Application number: DE102018102894.6A
Authority: DE
Inventors: Ryo Irie; Yoji Kunihiro; Yutaka Aoki; Yoshio Kudo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2038-02-10
Also published as: US20210253164A1; JP2018172050A; DE102018102894A1; US11027777B2; US11794807B2; JP6863011B2; US20180281849A1

Abstract

Lenksteuerungsvorrichtung (20), die in der Lage ist, die Lenksteuerung zwischen einer manuellen Lenksteuerung, um einen Fahrer zu veranlassen, einen Lenkmechanismus (4) zu bedienen, und einer automatischen Lenksteuerung zum automatischen Bedienen des Lenkmechanismus (4) durch einen Motor (8) umzuschalten,wobei die Lenksteuerungsvorrichtung (20) dafür programmiert ist, eine Ziel-Fahrtroute zu erfassen, einen Befehlslenkwinkel zu berechnen, so dass ein Unterschied zwischen einer realen Fahrtroute eines Fahrzeugs und der Ziel-Fahrtroute beseitigt wird, und eine Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung auszuführen, um den Motor so anzusteuern, dass ein realer Lenkwinkel dem Befehlslenkwinkel folgt, wenn die automatische Lenksteuerung ausgewählt ist, undwobei die Lenksteuerungsvorrichtung (20) für Folgendes programmiert ist:Bestimmen (S5), ob ein Abweichungsgrad einer momentanen Fahrtroute des Fahrzeugs mit Bezug auf die Ziel-Fahrtroute mindestens so groß ist wie eine zuvor festgelegte Schwelle oder nicht, wenn die Lenksteuerung von der manuellen Lenksteuerung zu der automatischen Lenksteuerung umgeschaltet wird, undNeuberechnen (S6) des Befehlslenkwinkels, der in der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung verwendet wird, anhand des realen Lenkwinkels zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung und des Befehlslenkwinkels zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung, so dass der reale Lenkwinkel nach dem Umschalten zur automatischen Lenksteuerung sich allmählich zu dem Befehlslenkwinkel zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung ändert, wenn der Abweichungsgrad mindestens so groß ist wie die zuvor festgelegte Schwelle.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksteuerungsvorrichtung, die zweckmäßigerweise für ein autonom fahrendes Fahrzeug verwendet wird, und betrifft insbesondere eine Lenksteuerungsvorrichtung, die automatisch einen Lenkmechanismus durch einen Motor betreiben kann, um ein Fahrzeug entlang einer Ziel-Fahrtroute fahren zu lassen.
Allgemeiner Stand der Technik
Es wird eine Lenksteuerungsvorrichtung erforscht und entwickelt, die in der Lage ist, eine Lenksteuerung zwischen einer manuellen Lenksteuerung, in der ein Fahrer zum Bedienen eines Lenkmechanismus veranlasst wird, und einer automatischen Lenksteuerung zum automatischen Bedienen des Lenkmechanismus durch einen Motor umzuschalten. Bei der automatischen Lenksteuerung wird eine Wegverfolgungssteuerung ausgeführt, um ein Fahrzeug so zu steuern, dass es auf einer Ziel-Fahrtroute bleibt. Wenn von der manuellen Lenksteuerung zu der automatischen Lenksteuerung umgeschaltet wird, so wird ein automatisches Lenken ausgeführt, um das Fahrzeug auf die Ziel-Fahrtroute zurückzuführen. Wenn das Fahrzeug in der manuellen Lenksteuerung stark von der Ziel-Fahrtroute abweicht, so wird ein plötzliches Lenken, um das Fahrzeug auf die Fahrtroute zurückzuführen, zu dem Zeitpunkt ausgeführt, wo in der automatischen Lenksteuerung umgeschaltet wird, wodurch Unruhe im Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs entstehen kann. Es ist zu beachten, dass das Fahrzeugverhalten zum Beispiel eine Veränderung der seitlichen Beschleunigung oder Veränderung der Gierrate meint. Das Lenkverhalten meint zum Beispiel eine Veränderung des Lenkwinkels, eine Veränderung der Lenkwinkelgeschwindigkeit oder eine Veränderung der Lenkwinkel-Winkelgeschwindigkeit.
Als ein Verfahren zum Unterdrücken von Unruhe im Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs sei beispielhaft das Verringern einer Steuerungsverstärkung der Wegverfolgungssteuerung genannt. Zum Beispiel offenbart die JP 2007 - 030 612 A eine Spurhalteassistenz-Steuerungsvorrichtung unter Verwendung einer elektrischen Lenkhilfevorrichtung. Die Spurhalteassistenz-Steuerungsvorrichtung berechnet das Motordrehmoment für das Fahrzeug, um auf einer zuvor festgelegten Position auf einer Fahrspur zu fahren, unter Verwendung einer PID-Steuerung anhand einer Abweichung zwischen einem Versatz des Fahrzeugs zur Fahrtroute und einem Soll-Versatz und einer Abweichung zwischen einem Gierwinkel und einem Soll-Gierwinkel.
Die PID-Steuerung oder PI-Steuerung kann auch auf die Wegverfolgungssteuerung bezüglich der automatischen Lenksteuerung angewendet werden. In diesem Fall konvergiert die Fahrtroute des Fahrzeugs allmählich zu der Ziel-Fahrtroute durch Verringern der Steuerungsverstärkung der PID-Steuerung oder der PI-Steuerung. Dadurch wird die Unruhe im Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs unterdrückt.
Jedoch verringert das Verringern der Steuerungsverstärkung der Wegverfolgungssteuerung einen Korrekturbetrag einer manipulierten Variable mit Bezug auf die Unruhe, die in das Fahrzeug gerät. Das heißt, die Unruhetoleranz sinkt. Wenn also Störfaktoren wie zum Beispiel Scherwinde und dergleichen auf das Fahrzeug einwirken, so kann der Einfluss solcher Störfaktoren Unruhe im Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs verursachen und kann eine Abweichung des Fahrzeugs von der Ziel-Fahrtroute verursachen.
Darüber hinaus beschreibt die DE 10 2016 209 966 A1 , dass eine Fahrzustandswechseleinheit den Fahrzustand von einer manuellen Fahrt in eine autonome Fahrt als Reaktion auf eine Autonomfahrtwechselanforderung von einem Fahrer eines Hostfahrzeugs wechselt, wenn während der manuellen Fahrt die Differenz zwischen einer Manuellfahrtbetriebsgröße, die von einer Manuellfahrtbetriebsgrößenerfassungseinheit erfasst wird, und einer Autonomfahrtbetriebsgröße, die von einer Autonomfahrtbetriebsgrößenberechnungseinheit berechnet wird, gleich oder kleiner als ein Betriebsgrößenschwellenwert ist. Diese Konfiguration verhindert den Wechsel von der manuellen Fahrt in die autonome Fahrt, wenn der manuelle Fahrbetrieb des Fahrers sich stark von dem autonomen Fahrbetrieb mit einer hohen Möglichkeit, dass der autonome Fahrbetrieb, der für die tatsächliche Fahrumgebung geeignet ist, nicht durchgeführt werden wird, unterscheidet. Daher verhindert diese Konfiguration den Wechsel von der manuellen Fahrt in die autonome Fahrt, wenn die Möglichkeit hoch ist, dass der autonome Fahrbetrieb, der für die tatsächliche Fahrumgebung geeignet ist, nicht durchgeführt werden wird.
Zudem beschreibt die DE 198 08 100 A1 ein Fahrzeuglenksystem, welches einen ersten Lenkmechanismus für einen manuellen Lenkmodus und einen zweiten Lenkmechanismus für einen automatischen Lenkmodus umfasst. Ein Kontroller lenkt das Fahrzeug entsprechend Informationen über die Fahrumgebung mittels des zweiten Lenkmechanismus, wenn der automatische Modus durch einen Modusauswahlschalter ausgewählt wurde. Es gibt außerdem eine Haltevorrichtung zum Halten des Lenkwinkels des ersten Lenkmechanismus, wenn der automatische Lenkvorgang des zweiten Lenkmechanismus in Betrieb ist. In Antwort auf die Auswahl des automatischen Modus führt der Kontroller die automatische Lenksteuerung nur dann durch, wenn ein Sensor eine neutrale Geradeausposition des ersten Lenkmechanismus feststellt.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung ist vor dem Hintergrund des oben beschriebenen Problems zu verstehen und hat als eine Aufgabe die Bereitstellung einer Lenksteuerungsvorrichtung, die ein Fahrzeug so steuern kann, dass es gleichmäßig einer Ziel-Fahrtroute folgt, während der Einfluss von Störfaktoren nach dem Wechsel von der manuellen Lenksteuerung zur automatischen Lenksteuerung unterdrückt wird.
Die vorstehende Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der sich daran anschließenden abhängigen Ansprüche.
Eine Lenksteuerungsvorrichtung gemäß einem erläuternden Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine, die in der Lage ist, die Lenksteuerung zwischen einer manuellen Lenksteuerung, die den Fahrer zum Bedienen des Lenkmechanismus veranlasst, und einer automatischen Lenksteuerung zum automatischen Bedienen des Lenkmechanismus durch einen Motor umzuschalten. Die Lenksteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist dafür programmiert, eine Ziel-Fahrtroute zu erfassen, einen Befehlslenkwinkel zu berechnen, so dass ein Unterschied zwischen einer realen Fahrtroute des Fahrzeugs und der Ziel-Fahrtroute beseitigt wird, und eine Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung auszuführen, um den Motor so anzusteuern, dass ein realer Lenkwinkel dem Befehlslenkwinkel folgt, wenn die automatische Lenksteuerung ausgewählt ist. Darüber hinaus ist die Lenksteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung für Folgendes programmiert: Bestimmen, ob ein Abweichungsgrad einer momentanen Fahrtroute des Fahrzeugs mit Bezug auf die Ziel-Fahrtroute mindestens so groß ist wie eine zuvor festgelegte Schwelle oder nicht, wenn die Lenksteuerung von der manuellen Lenksteuerung zu der automatischen Lenksteuerung umgeschaltet wird, und Neuberechnen des Befehlslenkwinkels, der in der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung verwendet wird, anhand eines Lenkwinkels zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung und des Befehlslenkwinkels, so dass ein realer Lenkwinkel nach dem Umschalten zur automatischen Lenksteuerung sich allmählich zu dem Befehlslenkwinkel ändert, wenn der Abweichungsgrad mindestens so groß ist wie die zuvor festgelegte Schwelle.
Gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung wird selbst dann, wenn die Fahrtroute des Fahrzeugs zum Zeitpunkt des Umschaltens von der manuellen Lenksteuerung zur automatischen Lenksteuerung von der Ziel-Fahrtroute abweicht, kein plötzliches Lenken, um das Fahrzeug zur Ziel-Fahrtroute zurückzuführen, ausgeführt. Der Befehlslenkwinkel wird so berechnet, dass der Unterschied zwischen der realen Fahrtroute und der Ziel-Fahrtroute beseitigt wird. Jedoch wird der reale Lenkwinkel nach dem Umschalten zur automatischen Lenksteuerung allmählich zum Befehlslenkwinkel geändert. Daher konvergiert die Fahrtroute des Fahrzeugs allmählich zur Ziel-Fahrtroute, und dadurch wird ein unruhiges Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs unterdrückt. Des Weiteren wird, wenn Störfaktoren auf das Fahrzeug einwirken, der Einfluss solcher Störfaktoren auf das Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs durch die Wirkung der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung unterdrückt, da Techniken, wie zum Beispiel das Verringern der Steuerungsverstärkung der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung, nicht angewendet werden.
Für ein Verfahren zur Neuberechnung des Befehlslenkwinkels, das in der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung verwendet wird, kann zum Beispiel ein Verfahren zum Ausführen eines Filterungsprozesses oder eines Ratenbegrenzerprozesses auf einen Unterschied zwischen einem Lenkwinkel zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung und dem Befehlslenkwinkel verwendet werden. Des Weiteren kann der Befehlslenkwinkel, der in der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung verwendet wird, neu berechnet werden, um die reale Fahrtroute des Fahrzeugs mit der Ziel-Fahrtroute in Übereinstimmung zu bringen, bis eine zuvor festgelegte Zeit ab der Startzeit der automatischen Lenksteuerung verstrichen ist, während das Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs innerhalb eines zulässigen Bereichs gehalten wird.
Wenn der Befehlslenkwinkel, der in der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung verwendet wird, neu berechnet wird, so kann eine Verstärkung der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung eingestellt werden, um die Verfolgbarkeit des realen Lenkwinkels mit Bezug auf den Befehlslenkwinkel zu verbessern. Des Weiteren kann, während der Befehlslenkwinkel, der in der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung verwendet wird, neu berechnet wird, die Aktualisierung eines integralen Wertes, der in einem integralen Terminus der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung enthalten ist, gestoppt werden, oder er kann zurückgesetzt werden.
Wenn ein Umschalten der Lenksteuerung von der manuellen Lenksteuerung zur automatischen Lenksteuerung angefordert wird, so kann bestimmt werden, ob der Abweichungsgrad mindestens so groß ist wie eine zuvor festgelegte Obergrenze oder nicht. In diesem Fall kann, wenn der Abweichungsgrad mindestens so groß ist wie die zuvor festgelegte Obergrenze, das Umschalten zur automatischen Lenksteuerung abgebrochen werden, und die manuelle Lenksteuerung kann fortgesetzt werden. Wenn die momentane Fahrtroute des Fahrzeugs extrem von der Ziel-Fahrtroute abweicht, so kann es schwierig werden, den realen Lenkwinkel nach dem Umschalten zur automatischen Lenksteuerung allmählich zu dem Befehlslenkwinkel zu ändern. In einem solchen Fall wird eine Unruhe im Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs dadurch vermieden, dass nicht abrupt zur automatischen Lenksteuerung umgeschaltet wird.
Gemäß der Lenksteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung wird das Fahrzeug so gesteuert, dass es der Ziel-Fahrtroute gleichmäßig folgt, während Unruhe nach dem Umschalten von der manuellen Lenksteuerung zur automatischen Lenksteuerung verhindert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Ansicht, die eine Ausgestaltung einer Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
2 ist eine Ansicht, die eine Funktion eines Routendifferenz-Beurteilungsteils einer Lenksteuerungsvorrichtung beschreibt;
3 ist eine Ansicht, die eine Funktion eines Befehlslenkwinkel-Neuberechnungsteils der Lenksteuerungsvorrichtung beschreibt;
4 ist eine Ansicht, die beispielhaft ein Neuberechnungsverfahren eines Befehlslenkwinkels durch den Befehlslenkwinkel-Neuberechnungsteil der Lenksteuerungsvorrichtung veranschaulicht;
5 ist ein Blockschaubild, das eine Ausgestaltung eines Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerungsteils der Lenksteuerungsvorrichtung veranschaulicht;
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerungsfluss zum Zeitpunkt des Startens der automatischen Lenksteuerung gemäß der Ausführungsform veranschaulicht;
7 ist eine Ansicht, die ein Steuerungsresultat der automatischen Lenksteuerung gemäß der Ausführungsform zusammen mit Steuerungsresultaten gemäß Vergleichsbeispielen veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass, wenn Zahlenwerte von Zahlen, Mengen, Beträgen, Bereichen und dergleichen von jeweiligen Elementen in der im Folgenden dargestellten Ausführungsform genannt werden, die vorliegende Erfindung nicht auf die genannten Zahlenwerte beschränkt ist, sofern nicht ausdrücklich etwas Gegenteiliges ausgesagt wird oder sofern nicht die Erfindung ausdrücklich theoretisch durch die Zahlenwerte spezifiziert wird. Darüber hinaus sind Strukturen, die in der im Folgenden dargestellten Ausführungsform beschrieben sind, nicht immer für die Erfindung unverzichtbar, sofern nicht ausdrücklich etwas Gegenteiliges ausgesagt wird oder sofern nicht die Erfindung ausdrücklich theoretisch durch die Strukturen spezifiziert wird.
1. Ausgestaltung der Fahrzeuglenkvorrichtung
Eine Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine, die im einem autonom fahrenden Fahrzeug montiert ist. Das autonom fahrende Fahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann das Fahren zwischen einem manuellen Fahren durch einen Fahrer und einem automatischen Fahren durch einen Computer umschalten. Beim manuellen Fahren wird eine manuelle Lenksteuerung ausgeführt, die den Fahrer veranlasst, einen Lenkmechanismus zu bedienen. Beim automatischen Fahren wird eine automatische Lenksteuerung ausgeführt, die den Lenkmechanismus automatisch durch einen Motor bedient. 1 ist eine Ansicht, die eine Ausgestaltung der Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Zuerst wird das strukturelle System der Fahrzeuglenkvorrichtung 100 anhand von 1 beschrieben.
Die Fahrzeuglenkvorrichtung 100 umfasst einen Lenkmechanismus 4, der ein Lenkrad 2 zum Bedienen durch den Fahrer und ein rechtes und ein linkes Vorderrad 6, 6, die gelenkte Räder sind, koppelt. Der Lenkmechanismus 4 umfasst eine Lenkwelle, an die eine Drehkraft des Lenkrades 2 angelegt wird, einen Getriebemechanismus zum Erhöhen der Bedienkraft, die durch die Drehkraft erzeugt wird, welche an die Lenkwelle angelegt wird, und einen Gestängemechanismus, der die von dem Getriebemechanismus übertragene Bedienkraft zu dem rechten und dem linken Vorderrad 6, 6 überträgt. Für die konkrete Ausgestaltung jedes Mechanismus, aus dem der Lenkmechanismus 4 besteht, bestehen keine speziellen Einschränkungen.
Die Fahrzeuglenkvorrichtung 100 umfasst einen Motor 8, der eine Zufuhr von elektrischer Leistung empfängt, um ein Drehmoment zu generieren, und das generierte Drehmoment an den Lenkmechanismus 4 abgibt. In 1 ist die Fahrzeuglenkvorrichtung 100 als eine Zahnstangenlenkung mit elektrischer Unterstützung der Zahnstange ausgestaltet, bei der das Drehmoment von dem Motor 8 zu der Zahnstange des Getriebemechanismus übertragen wird. Jedoch kann in der Fahrzeuglenkvorrichtung 100 auch eine auf die Lenksäule oder das Ritzel wirkende Lenkhilfe als die elektrische Lenkhilfevorrichtung verwendet werden. Der Motor 8 wird angetrieben, indem er eine Zufuhr von elektrischer Leistung von einer Motoransteuereinheit 10 empfängt.
Als Nächstes wird das Steuerungssystem der Fahrzeuglenkvorrichtung 100 beschrieben.
Die Fahrzeuglenkvorrichtung 100 umfasst mehrere Sensoren zum Messen einer physikalischen Quantität im Zusammenhang mit der Lenksteuerung. Ein Lenkwinkelsensor 12 zum Messen eines Lenkwinkels ist an dem Lenkmechanismus 4 angebracht. Der Lenkwinkelsensor 12 misst einen Rotationswinkel eines Ritzels als den Lenkwinkel.
Die Fahrzeuglenkvorrichtung 100 umfasst einen (nicht gezeigten) Sensor zum Erfassen von Informationen über Fahrbedingungen des Fahrzeugs, wie zum Beispiel einen Geschwindigkeitssensor, einen Beschleunigungssensor und einen Gierratensensor zusätzlich zu dem Lenkwinkelsensor 12. Darüber hinaus umfasst die Fahrzeuglenkvorrichtung 100 eine (nicht gezeigte) GPS-Ausrüstung zum Erfassen von Standortinformationen des Fahrzeugs und einen (nicht gezeigten) Sensor zum Erfassen von Informationen über die Umstände außerhalb des Fahrzeugs, wie zum Beispiel eine Kamera, ein Radar und ein LIDAR. Jedoch brauchen solche verschiedenen Sensoren nicht unbedingt ein exklusives Produkt für die Lenksteuerung durch die Fahrzeuglenkvorrichtung 100 zu sein und können auch zusammen mit anderer Ausrüstung verwendet werden.
Die Fahrzeuglenkvorrichtung 100 umfasst eine Lenksteuerungsvorrichtung 20, die einen Befehlsstrom (oder ein Befehlsdrehmoment) an die Motoransteuereinheit 10 ausgibt. Die Lenksteuerungsvorrichtung 20 ist dafür ausgestaltet, ein Lenkdrehmoment, das der Lenkmechanismus 4 von dem Motor 8 erhält, durch Einstellen des in die Motoransteuereinheit 10 eingespeisten Befehlsstroms zu steuern. Die Sensoren zum Messen einer physikalischen Quantität im Zusammenhang mit der Lenksteuerung sind mit der Lenksteuerungsvorrichtung 20 direkt oder durch ein in dem Fahrzeug installiertes Kommunikationsnetz verbunden. Die Lenksteuerungsvorrichtung 20 ist eine ECU (Elektronische Steuereinheit), die mindestens einen Prozessor und mindestens einen Speicher aufweist. Verschiedene Programme und verschiedene Daten, einschließlich Karten für die Lenksteuerung, sind im Speicher gespeichert. Wenn im Speicher gespeicherte Programme durch den Prozessor ausgeführt werden, so werden verschiedene Funktionen bezüglich der Lenksteuerung in der Lenksteuerungsvorrichtung 20 implementiert.
2. Übersicht der Funktionsweise der Lenksteuerungsvorrichtung
Die durch die Lenksteuerungsvorrichtung 20 ausgeführte Lenksteuerung umfasst die manuelle Lenksteuerung, um den Fahrer zu veranlassen, den Lenkmechanismus 4 durch das Lenkrad 2 zu bedienen, und die automatische Lenksteuerung zum automatischen Bedienen des Lenkmechanismus 4 durch den Motor 8. Das Umschalten der Lenksteuerung zwischen der manuellen Lenksteuerung und der automatischen Lenksteuerung wird im Grunde durch eine Schalterbetätigung durch den Fahrer ausgeführt. Wenn es jedoch unmöglich wird, die automatische Lenksteuerung fortzusetzen, so kann ein Umschalten der automatischen Lenksteuerung zur manuellen Lenksteuerung durch die Lenksteuerungsvorrichtung 20 ausgeführt werden. Außerdem kann, wenn eine Startbedingung der automatischen Lenksteuerung nicht erfüllt ist, das Umschalten von der manuellen Lenksteuerung zur automatischen Lenksteuerung durch die Lenksteuerungsvorrichtung 20 verweigert werden.
Die manuelle Lenksteuerung durch die Lenksteuerungsvorrichtung 20 umfasst eine Lenkhilfesteuerung, um den Fahrer bei einer Lenkoperation durch das vom Motor 8 generierte Drehmoment zu unterstützen. Außerdem umfasst die manuelle Lenksteuerung eine Lenkradrückstellsteuerung, um den Fahrer bei einer Lenkoperation zum Rückstellen des Lenkrades zu unterstützen. Darüber hinaus umfasst die manuelle Lenksteuerung eine Spurhalteassistenzsteuerung, um den Fahrer bei einer Lenkoperation zu unterstützen, um zu veranlassen, dass das Fahrzeug entlang einer Nähe der Mitte der eigenen Fahrspur fährt. Es ist zu beachten, dass die Details dieser Steuerung nicht mehr in der vorliegenden Spezifikation beschrieben werden, da Steuerungsverfahren bezüglich dieser Steuerung bereits in zahlreichen öffentlich bekannten Publikationen vorgeschlagen wurden.
In der automatischen Lenksteuerung durch die Lenksteuerungsvorrichtung 20 wird eine Ziel-Fahrtroute von einer höheren Steuerungsvorrichtung erfasst, und die Zufuhr von elektrischer Leistung zu dem Motor 8 wird so gesteuert, dass ein Unterschied zwischen einer realen Fahrtroute des Fahrzeugs und der Ziel-Fahrtroute beseitigt wird. In 1 sind Funktionen der Lenksteuerungsvorrichtung 20 im Zusammenhang mit der automatischen Lenksteuerung mit Blöcken veranschaulicht. Wie mit Blöcken in 1 veranschaulicht, umfasst die Lenksteuerungsvorrichtung 20 einen Ziel-Fahrtroutenverfolgungssteuerungsteil 22, einen Befehlslenkwinkelauswahlteil 24, einen Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerungsteil 26, einen Routendifferenz-Beurteilungsteil 28 und einen Befehlslenkwinkel-Neuberechnungsteil 30. Diese Teile 22, 24, 26, 28, 30, welche die Lenksteuerungsvorrichtung 20 umfasst, entsprechen einem Programm oder Teil eines Programms, das im Speicher der Lenksteuerungsvorrichtung 20 gespeichert ist. Die Funktionen dieser Teile 22, 24, 26, 28, 30 werden in der Lenksteuerungsvorrichtung 20 durch das Programm realisiert, das aus dem Speicher gelesen und mit dem Prozessor ausgeführt wird. Die Funktion jedes Teils 22, 24, 26, 28, 30 wird im Folgenden der Reihe nach, beginnend mit dem Ziel-Fahrtroutenverfolgungssteuerungsteil 22, beschrieben.
3. Details der Funktion der Lenksteuerungsvorrichtung
Der Ziel-Fahrtroutenverfolgungssteuerungsteil 22 (im Weiteren einfach als ein erster Wegverfolgungssteuerungsteil 22 bezeichnet) erfasst die Ziel-Fahrtroute von der höheren Steuerungsvorrichtung und erfasst die Informationen über einen momentanen Fahrzeugzustand von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, dem Beschleunigungssensor, dem Gierratensensor, der Kamera, der GPS-Ausrüstung und dergleichen. Und anhand der Ziel-Fahrtroute und des momentanen Fahrzeugzustands berechnet der erste Wegverfolgungssteuerungsteil 22 einen Lenkwinkel, der erforderlich ist, um das Fahrzeug zu veranlassen, der Ziel-Fahrtroute zu folgen, das heißt einen Lenkwinkel zum Beseitigen eines Unterschiedes zwischen der Ziel-Fahrtroute und der realen Fahrtroute des Fahrzeugs, und gibt den Lenkwinkel als einen Befehlslenkwinkel aus. In dem ersten Wegverfolgungssteuerungsteil 22 wird der Befehlslenkwinkel berechnet, um zu veranlassen, dass die reale Fahrtroute mit der Ziel-Fahrtroute mit einer konstanten Reaktion konvergiert. Es ist zu beachten, dass das Verfahren bezüglich der Berechnung des Befehlslenkwinkels, um das Fahrzeug zu veranlassen, der Ziel-Fahrtroute zu folgen, bereits in zahlreichen öffentlich bekannten Publikationen vorgeschlagen wurde. Daher werden die Details in der vorliegenden Spezifikation nicht beschrieben.
Der Befehlslenkwinkelauswahlteil 24 (im Weiteren einfach als ein Auswahlteil 24 bezeichnet) empfängt den durch den ersten Wegverfolgungssteuerungsteil 22 berechneten Befehlslenkwinkel und den durch den Befehlslenkwinkel-Neuberechnungsteil 30 neu berechneten Befehlslenkwinkel, wie unten beschrieben. Außerdem empfängt der Auswahlteil 24 ein Steuerung-Ein/Aus-Signal, das in Abhängigkeit von der Schalterbetätigung durch den Fahrer generiert wird, und empfängt ein Start-Erlaubnis/Verbots-Signal, das von dem Routendifferenz-Beurteilungsteil 28 ausgegeben wird, wie unten beschrieben. Das Steuerung-Ein/Aus-Signal ist ein Signal, das EIN wird, wenn der Fahrer die Schalterbetätigung ausführt, um die Lenksteuerung von der manuellen Lenksteuerung zur automatischen Lenksteuerung umzuschalten, und AUS wird, wenn der Fahrer die Schalterbetätigung ausführt, um die Lenksteuerung von der automatischen Lenksteuerung zur manuellen Lenksteuerung umzuschalten. Das Start-Erlaubnis/Verbots-Signal ist ein Signal, das Informationen darüber umfasst, ob das Starten der automatischen Lenksteuerung erlaubt oder verboten ist.
Wenn das Steuerung-Ein/Aus-Signal EIN ist, so gibt der Auswahlteil 24 den Befehlslenkwinkel aus, der von dem ersten Wegverfolgungssteuerungsteil 22 oder dem Befehlslenkwinkel-Neuberechnungsteil 30 erfasst wurde. Wenn jedoch das Start-Erlaubnis/Verbots-Signal in einem Verbotszustand ist, so bricht der Auswahlteil 24 das Ausgeben des Befehlslenkwinkels ab. Der von dem Auswahlteil 24 ausgegebene Befehlslenkwinkel ist im Grunde der durch den ersten Wegverfolgungssteuerungsteil 22 berechnete Befehlslenkwinkel (im Weiteren kann er als ein Originalwert des Befehlslenkwinkels bezeichnet werden). Nur wenn der durch den Befehlslenkwinkel-Neuberechnungsteil 30 neu berechnete Befehlslenkwinkel genommen wird, gibt der Auswahlteil 24 den Befehlslenkwinkel aus, der neu berechnet wird (im Weiteren kann er als ein neu berechneter Wert des Befehlslenkwinkels bezeichnet werden).
Der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerungsteil 26 (im Weiteren einfach als ein zweiter Wegverfolgungssteuerungsteil 26 bezeichnet) empfängt den Befehlslenkwinkel von dem Auswahlteil 24 und empfängt einen realen Lenkwinkel von dem Lenkwinkelsensor 12, und der zweite Wegverfolgungssteuerungsteil 26 führt die Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung anhand des Befehlslenkwinkels und des realen Lenkwinkels aus. Die Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung ist eine Steuerung, um den Motor 8 so anzusteuern, dass der reale Lenkwinkel dem Befehlslenkwinkel folgt, und umfasst eine Feed-Forward-Steuerung und eine Feedback-Steuerung. Die Funktion des zweiten Wegverfolgungssteuerungsteils 26 wird später im Detail beschrieben.
Der Routendifferenz-Beurteilungsteil 28 (im Weiteren einfach als ein Beurteilungsteil 28 bezeichnet) erfasst die Ziel-Fahrtroute und den momentanen Fahrzeugzustand. Außerdem wird das in Abhängigkeit von der Schalterbetätigung durch den Fahrer generierte Steuerung-Ein/Aus-Signal in den Beurteilungsteil 28 eingespeist. Wenn eine Aufforderung zum Umschalten der Lenksteuerung von der manuellen Lenksteuerung zur automatischen Lenksteuerung vom Fahrer eingegeben wird, so wird das Steuerung-Ein/Aus-Signal von AUS zu EIN umgeschaltet. Zu dieser Zeit berechnet der Beurteilungsteil 28 einen Routenunterschied zwischen der Ziel-Fahrtroute und der momentanen Fahrtroute des Fahrzeugs und führt eine Beurteilung aus, ob der Routenunterschied größer als eine Schwelle ist oder nicht. Der in der vorliegenden Spezifikation beschriebene Routenunterschied bezieht sich auf Abweichungsgrad der momentanen Fahrtroute des Fahrzeugs mit Bezug auf die Ziel-Fahrtroute. Der Gegenstand des Abweichungsgrades wird unter Verwendung von 2 beschrieben.
In 2 sind die momentane Fahrtroute und der Fahrzeugzustand zu der Zeit, wo der Beginn der automatischen Lenksteuerung angefordert wurde, mit durchgezogenen Linien gezeichnet, und die Ziel-Fahrtroute ist mit einer Punktlinie gezeichnet. Ein Parameter, der den Abweichungsgrad angibt, ist zum Beispiel eine Distanz (Mindest-Distanz) Z von dem Fahrzeug zur Ziel-Fahrtroute. Außerdem kann der Parameter ein Abweichungswinkel θ zwischen einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs und einer Tangente an einem Punkt sein, wo eine Distanz von dem Fahrzeug zur Ziel-Fahrtroute minimiert ist. Die Größenordnung der Distanz Z repräsentiert die Größenordnung der Abweichung der momentanen Fahrtroute von der Ziel-Fahrtroute. Die Größenordnung des Abweichungswinkels θ repräsentiert auch die Größenordnung der Abweichung der momentanen Fahrtroute von der Ziel-Fahrtroute. Der Beurteilungsteil 28 berechnet die Distanz Z und den Abweichungswinkel θ anhand der Ziel-Fahrtroute und des momentanen Fahrzeugzustands und berechnet den Abweichungsgrad, der als eine Funktion der Distanz Z und des Abweichungswinkels θ ausgedrückt wird.
Wir kehren zu 1 zurück, wo die Erläuterung des Beurteilungsteils 28 fortgesetzt wird. Der Beurteilungsteil 28 hat zwei Schwellen, die mit einem berechneten Routenunterschied als dem Abweichungsgrad zu vergleichen sind. Eine erste Schwelle ist eine Obergrenze des Routenunterschiedes, wo ein Umschalten von der manuellen Lenksteuerung zur automatischen Lenksteuerung erlaubt ist, und entspricht der beanspruchten festgelegten Obergrenze in den Ansprüchen. Wenn die momentane Fahrtroute des Fahrzeugs extrem von der Ziel-Fahrtroute abweicht, so kann die Unruhe im Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs möglicherweise nicht verhindert werden, selbst wenn der Befehlslenkwinkel neu berechnet wird, wie unten beschrieben. Der Beurteilungsteil 28 gibt, wenn der Routenunterschied mindestens so groß ist wie die erste Schwelle, ein Signal, das den Beginn der automatischen Lenksteuerung verbietet, an den Auswahlteil 24 aus. Wenn der Routenunterschied kleiner ist als die erste Schwelle, so gibt der Beurteilungsteil 28 ein Signal, das den Beginn der automatischen Lenksteuerung gestattet, an den Auswahlteil 24 aus. Eine zweite Schwelle ist eine Schwelle zum Bestimmen, ob eine Neuberechnung des Befehlslenkwinkels auszuführen ist oder nicht, wie unten beschrieben, und diese entspricht der beanspruchten festgelegten Schwelle in den Ansprüchen. Die zweite Schwelle ist kleiner als die erste Schwelle. Wenn der Routenunterschied kleiner ist als die erste Schwelle und mindestens so groß ist wie die zweite Schwelle, so gibt der Beurteilungsteil 28 ein Signal, das die Neuberechnung des Befehlslenkwinkels anweist, an den Befehlslenkwinkel-Neuberechnungsteil 30 aus.
Der Befehlslenkwinkel-Neuberechnungsteil 30 (im Weiteren einfach als ein Neuberechnungsteil 30 bezeichnet) empfängt den durch den Lenkwinkelsensor 12 erhaltenen realen Lenkwinkel und den durch den ersten Wegverfolgungssteuerungsteil 22 berechneten Befehlslenkwinkel. Außerdem wird ein Signal, das die Neuberechnung des Befehlslenkwinkels anweist, in den Neuberechnungsteil 30 des Beurteilungsteils 28 eingespeist. Wenn die Neuberechnung des Befehlslenkwinkels durch den Beurteilungsteil 28 angewiesen wird, so führt der Neuberechnungsteil 30 die Neuberechnung des Befehlslenkwinkels anhand des Lenkwinkels zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung und des durch den ersten Wegverfolgungssteuerungsteil 22 berechneten Befehlslenkwinkels aus. Der Gegenstand der Neuberechnung des Befehlslenkwinkels wird unter Verwendung von 3 beschrieben.
In 3 sind die momentane Fahrtroute und der Fahrzeugzustand zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung mit durchgezogenen Linien gezeichnet, und die Ziel-Fahrtroute ist mit einer Punktlinie gezeichnet. Außerdem ist die Trajektorie des Fahrzeugs zu der Zeit, wo die Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung anhand des durch den ersten Wegverfolgungssteuerungsteil 22 berechneten Befehlslenkwinkels ausgeführt wird, mit einer Punktlinie gezeichnet. Der erste Wegverfolgungssteuerungsteil 22 berechnet den Befehlslenkwinkel so, dass die reale Fahrtroute des Fahrzeugs veranlasst wird, sofort zu der Ziel-Fahrtroute zu konvergieren. Wenn also der Routenunterschied (Abweichungsgrad) zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung groß ist, so wird ein plötzliches Lenken ausgeführt, um einen Kurs in Richtung der Ziel-Fahrtroute zu ändern, wie durch eine Punktlinie in 3 gezeigt ist. Ein solches plötzliches Lenken verursacht die Unruhe im Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs.
In 3 ist die Trajektorie des Fahrzeugs zu der Zeit, wo die Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung anhand des durch den Neuberechnungsteil 30 neu berechneten Befehlslenkwinkels ausgeführt wird, mit einer durchgezogenen Linie gezeichnet. Gemäß dem durch den Neuberechnungsteil 30 neu berechneten Befehlslenkwinkel ändert sich die Lage des Fahrzeugs nicht sehr vor und nach dem Start der automatischen Lenksteuerung, und das Fahrzeug folgt der Ziel-Fahrtroute gleichmäßig. Um eine solche Bewegung des Fahrzeugs zu realisieren, führt der Neuberechnungsteil 30 die Neuberechnung des Befehlslenkwinkels so aus, dass der reale Lenkwinkel nach dem Umschalten zur automatischen Lenksteuerung allmählich zu dem Befehlslenkwinkel geändert wird. Die Ausführungsform der Neuberechnung des Befehlslenkwinkels durch den Neuberechnungsteil 30 wird anhand von 4 beschrieben.
4 zeigt drei Kurvendiagramme, die drei Berechnungsverfahren erläutern, die als ein Verfahren der Neuberechnung des Befehlslenkwinkels durch den Neuberechnungsteil 30 bevorzugt sind. Das erste Verfahren ist ein Verfahren unter Verwendung eines Tiefpassfilters der ersten Ordnung (TPF der 1. Ordnung), dessen Bild in der obersten Kurve gezeigt ist. Durch Eingeben eines Unterschiedes zwischen dem Originalwert des Befehlslenkwinkels und des realen Lenkwinkels zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung in das TPF der 1. Ordnung wird ein neu berechneter Wert des Befehlslenkwinkels erhalten. Das zweite Verfahren ist ein Verfahren unter Verwendung eines Tiefpassfilters zweiter Ordnung (TPF der 2. Ordnung), dessen Bild in der mittleren Kurve gezeigt ist. Durch Eingeben eines Unterschiedes zwischen dem Originalwert des Befehlslenkwinkels und dem realen Lenkwinkel zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung in das TPF der 2. Ordnung wird ein neu berechneter Wert des Befehlslenkwinkels erhalten. Das dritte Verfahren ist ein Verfahren unter Verwendung eines Ratenbegrenzers, dessen Bild in der untersten Kurve gezeigt ist. Durch Eingeben eines Unterschiedes zwischen dem Originalwert des Befehlslenkwinkels und dem realen Lenkwinkel zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung in den Ratenbegrenzer wird ein neu berechneter Wert des Befehlslenkwinkels erhalten. Jedes der oben beispielhaft vorgestellten Verfahren stellt einen neu berechneten Wert bereit, der sich allmählich von dem Lenkwinkel zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung zum Befehlslenkwinkel ändert. Zusätzlich zu den oben beispielhaft vorgestellten Verfahren kann ein Verfahren, das eine Stufenreaktion verringert, wie ein Verfahren des gleitenden Durchschnitts, als das Neuberechnungsverfahren des Befehlslenkwinkels verwendet werden.
In jedem der oben beispielhaft vorgestellten Verfahren kann ein Zeitraum, bis der neu berechnete Befehlslenkwinkel zum Originalwert konvergiert, beliebig eingestellt werden. Zum Beispiel kann gemäß dem ersten Verfahren und dem zweiten Verfahren eine Konvergenzzeit durch Ändern der Zeitkonstante des Tiefpassfilters eingestellt werden. Genauer gesagt, wird gemäß dem ersten Verfahren eine Stufenreaktion mit einer Funktion „1-exp (-t/T)“ ausgedrückt, und ein Zeitraum, der erforderlich ist, damit der Wert der Funktion 0,632 erreicht, ist als eine Zeitkonstante T des Tiefpassfilters definiert. Die Konvergenzzeit wird durch Ändern der Zeitkonstante T gemäß dem ersten Verfahren eingestellt. Gemäß dem dritten Verfahren kann die Konvergenzzeit durch Ändern der maximalen Änderungsrate der Ausgabe eingestellt werden.
Eine Änderung der Konvergenzzeit bewirkt eine Änderung eines Zeitraums, bis die Fahrtroute des Fahrzeugs mit der Ziel-Fahrtroute in Übereinstimmung gebracht ist, und bewirkt eine Änderung des Fahr- und Lenkverhaltens des Fahrzeugs kurz nach dem Start der automatischen Lenksteuerung. Genauer gesagt, wird, wenn die Konvergenzzeit verkürzt wird, der Zeitraum, bis die Fahrtroute des Fahrzeugs mit der Ziel-Fahrtroute in Übereinstimmung gebracht ist, ebenfalls verkürzt, aber es kommt leicht Unruhe in das Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs. Wenn hingegen die Konvergenzzeit verlängert wird, so wird die Unruhe im Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs unterdrückt, aber es ist ein langer Zeitraum erforderlich, bis die Fahrtroute des Fahrzeugs mit der Ziel-Fahrtroute in Übereinstimmung gebracht ist.
Wenn also der Befehlslenkwinkel neu berechnet wird, so stellt der Neuberechnungsteil 30 einen Parameter (eine Zeitkonstante des Filters und dergleichen) so ein, dass die Fahrtroute des Fahrzeugs mit der Ziel-Fahrtroute in Übereinstimmung gebracht wird, bis eine zuvor festgelegte Zeit ab dem Beginn der automatischen Lenksteuerung verstrichen ist, während das Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs innerhalb eines zulässigen Bereichs gehalten wird. Für die Einstellung des Parameters wird ein Fahrzeugmodell verwendet, das eine Änderung des Fahr- und Lenkverhaltens des Fahrzeugs mit Bezug auf den Befehlslenkwinkel simuliert.
Zum Beispiel wird das Fahrzeugmodell, das für die Einstellung des Parameters verwendet wird, durch die folgenden Gleichungen 1 -7 ausgedrückt. Die Einstellung des Parameters zum Bestimmen der Konvergenzzeit wird ausgeführt, um die Gleichungen 1-2 zu erfüllen, die Beschränkungen des Lenkverhalten repräsentieren, und um die Gleichungen 3-7 zu erfüllen, die Beschränkungen des Fahrzeugverhalten repräsentieren. Es ist zu beachten, dass in den folgenden Ausdrücken θ der Befehlslenkwinkel ist, V die Fahrzeuggeschwindigkeit ist, L der Radstand ist, A der Stabilitätsfaktor ist, α_y die Lateralbeschleunigung ist, γ die Gierrate ist, δ der Vorderrad-Lenkwinkel ist und w_g ist das Lenkgetriebeverhältnis. $\frac{d θ}{d t} < Lenkwinkel \ddot{a} nderungsschwelle λ$
$\frac{d^{2} θ}{d t} < Lenkwinkel \ddot{a} nderungsratenschwelle λ$
$\frac{d α_{y}}{d t} < Lateralneschleunigungs \ddot{a} nderungratensschwelle λ$
$\frac{d γ}{d t} < Gierraten \ddot{a} nderungsschwelle λ$
$α_{y} = \frac{1}{1 + A V^{2}} \frac{V^{2}}{L} δ \land$
$γ = \frac{1}{1 + A V^{2}} \frac{V}{L} δ \land$
$θ = w_{g} δ \land$
Die Neuberechnung des Befehlslenkwinkels durch den Neuberechnungsteil 30 wird fortgesetzt, bis der neu berechnete Wert des Befehlslenkwinkels zum Originalwert konvergiert. Statt dessen wird das Umschalten von der manuellen Lenksteuerung zur automatischen Lenksteuerung abgebrochen, wenn die durch die Gleichungen 1-2 ausgedrückte Beschränkung des Lenkverhaltens nicht erfüllt ist oder wenn die durch die Gleichungen 3-7 ausgedrückte Beschränkung des Fahrzeugverhalten nicht erfüllt ist.
Wie zuvor beschrieben, wird der neu berechnete Befehlslenkwinkel an den Auswahlteil 24 gesendet und wird dann von dem Auswahlteil 24 an den zweiten Wegverfolgungssteuerungsteil 26 gesendet. Hier wird eine Funktion des zweiten Wegverfolgungssteuerungsteils 26 unter Verwendung von 5 im Detail beschrieben. 5 ist ein Blockschaubild, das eine Ausgestaltung des zweiten Wegverfolgungssteuerungsteils 26 veranschaulicht. Die Funktion des zweiten Wegverfolgungssteuerungsteils 26 ist mit Blöcken in 5 veranschaulicht. Wie mit Blöcken in 5 veranschaulicht, umfasst der zweite Wegverfolgungssteuerungsteil 26 einen FF-Steuerungsteil 60, einen FB- Steuerungsteil 62, einen FF-Verstärkungseinstellteil 64, einen FB- Verstärkungseinstellteil 66 und einen Integralwert-Halteteil 68. Diese Teile 60, 62, 64, 66, 68, die der zweite Wegverfolgungssteuerungsteil 26 umfasst, entsprechen einem Programm oder Teil eines Programms, das im Speicher der Lenksteuerungsvorrichtung 20 gespeichert ist. Die Funktionen dieser Teile 60, 62, 64, 66, 68 werden in der Lenksteuerungsvorrichtung 20 durch das Programm realisiert, das aus dem Speicher gelesen und mit dem Prozessor ausgeführt. Die Funktion von jedem Teil 60, 62, 64, 66, 68 wird im Folgenden der Reihe nach, bei dem FF-Steuerungsteil 60 beginnend, beschrieben.
Wenn der Befehlslenkwinkel von dem Auswahlteil 24 empfangen wird, so multipliziert der FF-Steuerungsteil 60 ihn mit einer Verstärkung, um ihn zu dem Befehlsstrom zu konvertieren. Der von dem FF-Steuerungsteil 60 ausgegebene Befehlsstrom ist ein Feed-Forward-Terminus des Befehlsstroms, der letztendlich von dem zweiten Wegverfolgungssteuerungsteil 26 in die Motoransteuereinheit 10 eingespeist wird. Im Weiteren wird er als ein FF-Befehlsstrom bezeichnet. Außerdem wird die Verstärkung, die in dem FF-Steuerungsteil 60 verwendet wird, als eine FF-Verstärkung bezeichnet. Die FF-Verstärkung ist eine variable Verstärkung.
Wenn ein Unterschied zwischen dem Lenkwinkel und dem Befehlslenkwinkel, der von dem Auswahlteil 24 erhalten wird, empfangen wird, so führt der FB-Steuerungsteil 62 eine PID-Steuerung an dem Unterschied aus. Der durch die PID-Steuerung bereitgestellte Befehlsstrom ist ein Feedback-Terminus des Befehlsstroms, der letztendlich von dem zweiten Wegverfolgungssteuerungsteil 26 in die Motoransteuereinheit 10 eingespeist wird. Im Weiteren wird er als ein FB-Befehlsstrom bezeichnet. Außerdem wird jede Verstärkung des P-Terminus, des 1-Terminus und des D-Terminus der PID-Steuerung gemeinsam als eine FB-Verstärkung bezeichnet. Die FB-Verstärkung ist eine variable Verstärkung.
Der FF-Verstärkungseinstellteil 64 und der FB-Verstärkungseinstellteil 66 empfangen ein Auswahlsignal von dem Auswahlteil 24. Das Auswahlsignal ist ein Signal, das generiert wird, wenn nicht der Originalwert, sondern der neu berechnete Wert als der Befehlslenkwinkel in dem Auswahlteil 24 ausgewählt wird. Wenn das Auswahlsignal empfangen wird, so stellt das FF-Verstärkungseinstellteil 64 die FF-Verstärkung des FF-Steuerungsteils 60 ein, und der FB-Verstärkungseinstellteil 66 stellt die FB-Verstärkung des FB-Steuerungsteils 62 ein. Bei der Einstellung der FF-Verstärkung und der FB- Verstärkung wird jeder Wert beider Verstärkungen stärker erhöht als üblich, um die Verfolgbarkeit des Lenkwinkels mit Bezug auf den Befehlslenkwinkel zu verbessern. Die Einstellung der FF-Verstärkung und der FB-Verstärkung fortgesetzt wird, bis der neu berechnete Wert des Befehlslenkwinkels zum Originalwert konvergiert.
Der Integralwert-Halteteil 68 empfängt das Auswahlsignal von dem Auswahlteil 24. Wenn das Auswahlsignal empfangen wird, so stoppt der Integralwert-Halteteil 68 die Aktualisierung des integralen Wertes, der in dem 1-Terminus des FB-Steuerungsteils 62 enthalten ist, und hält den integralen Wert auf dem Wert zum Zeitpunkt des Empfangs des Auswahlsignals. Der Grund, weshalb die Aktualisierung des integralen Werts gestoppt wird, wenn das Auswahlsignal empfangen wird, ist, dass der integrale Wert die spätere Steuerung beeinflusst. Durch Halten des integralen Wertes wird verhindert, dass ein Steuerungsresultat der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung auf der Basis des neu berechneten Wertes die Steuerbarkeit nach der Rückkehr zur normalen Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung beeinflusst. Das Halten des integralen Wertes durch den Integralwert-Halteteil 68 wird fortgesetzt, bis der neu berechnete Wert des Befehlslenkwinkels zum Originalwert konvergiert. Es ist zu beachten, dass der integrale Wert in der vorliegenden Ausführungsform gehalten wird, aber der integrale Wert zurückgesetzt werden kann, wenn das Auswahlsignal empfangen wird.
4. Steuerungsfluss der automatischen Lenksteuerung durch die Lenksteuerungsvorrichtung
Durch die Lenksteuerungsvorrichtung 20, die in der oben beschriebenen Weise ausgestaltet ist, wird die automatische Lenksteuerung als Teil des automatischen Fahrens ausgeführt. 6 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerungsfluss zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung durch die Lenksteuerungsvorrichtung 20 veranschaulicht. Die Lenksteuerungsvorrichtung 20 liest ein Programm, das auf der Basis dieses Steuerungsflusses geschrieben wurde, aus dem Speicher und führt das Programm aus.
Zuerst wird in Schritt S1 bestimmt, ob nun die automatische Lenksteuerung ausgeführt wird oder nicht. Dieser Steuerungsfluss wird beendet, wenn die automatische Lenksteuerung bereits ausgeführt wird. Andererseits schreitet dieser Steuerungsfluss zu Schritt S2 voran, wenn die automatische Lenksteuerung noch nicht ausgeführt wird.
In Schritt S2 wird der Routenunterschied (Abweichungsgrad) zwischen der Ziel-Fahrtroute und der momentanen Fahrtroute des Fahrzeugs berechnet. Dann wird in Schritt S3 bestimmt, ob der in Schritt S2 berechnete Routenunterschied mindestens so groß ist wie die erste Schwelle oder nicht. Wenn der Routenunterschied mindestens so groß ist wie die erste Schwelle, so schreitet dieser Steuerungsfluss zu Schritt S4 voran. Die erste Schwelle ist eine Obergrenze des Routenunterschieds, wo das Umschalten von der manuellen Lenksteuerung zur automatischen Lenksteuerung erlaubt ist. Daher ist in Schritt S4 der Beginn der automatischen Lenksteuerung nicht erlaubt, und dieser Steuerungsfluss wird beendet.
Wenn in Schritt S3 bestimmt wird, dass der Routenunterschied kleiner ist als die erste Schwelle, so wird in Schritt S5 nacheinander eine Bestimmung ausgeführt. In Schritt S5 wird bestimmt, ob der in Schritt S2 berechnete Routenunterschied mindestens so groß ist wie die zweite Schwelle oder nicht. Wenn der Routenunterschied mindestens so groß ist wie die zweite Schwelle, so schreitet der Steuerungsfluss nach den Verarbeitungsschritten S6 und S7 zu Schritt S8 voran. In Schritt S6 wird die Neuberechnung des Befehlslenkwinkels ausgeführt. In Schritt S7 wird die Einstellung der Verstärkung bezüglich der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung, das heißt der FF-Verstärkung und der FB-Verstärkung, ausgeführt. Außerdem wird, zusätzlich zu dieser Verarbeitung, das Halten des integralen Wertes, der in dem integralen Terminus des FF-Befehlsstroms enthalten ist, ausgeführt. Nach dieser Verarbeitung wird in Schritt S8 die automatische Lenksteuerung unter Verwendung des in Schritt S6 neu berechneten Befehlslenkwinkels gestartet.
Wenn in Schritt S3 bestimmt wird, dass der Routenunterschied kleiner ist als die zweite Schwelle, so werden Schritt S6 und S7 übersprungen. In diesem Fall wird in Schritt S8 die automatische Lenksteuerung unter Verwendung des Originalwertes des Befehlslenkwinkels gestartet.
5. Auswirkungen der automatischen Lenksteuerung durch die Lenksteuerungsvorrichtung
7 ist eine Ansicht, die ein Steuerungsresultat der automatischen Lenksteuerung durch die Lenksteuerungsvorrichtung 20 zusammen mit Steuerungsresultaten gemäß Vergleichsbeispielen veranschaulicht. Die oberste Kurve zeigt das Steuerungsresultat durch das erste Vergleichsbeispiel, die mittlere Kurve zeigt das Steuerungsresultat durch das zweite Vergleichsbeispiel, und die unterste Kurve zeigt das Steuerungsresultat der automatischen Lenksteuerung durch die Lenksteuerungsvorrichtung 20. In jedem Kurvendiagramm ist eine Änderung des Lenkwinkels zu der Zeit, wo nach dem Umschalten von der manuellen Lenksteuerung zur automatischen Lenksteuerung Störfaktoren, wie zum Beispiel Scherwinde, auf das Fahrzeug einwirken, mit einer durchgezogenen Linie gezeichnet.
In dem ersten Vergleichsbeispiel wird die Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung anhand des Originalwertes des Befehlslenkwinkels nach dem Umschalten zur automatischen Lenksteuerung ausgeführt. Wie in der obersten Kurve gezeigt, wird, wenn der Unterschied zwischen dem Lenkwinkel zum Zeitpunkt des Beginns der Steuerung und dem Befehlslenkwinkel groß ist, eine plötzliche Änderung des Lenkwinkels zum Beseitigen des Unterschieds ausgeführt. Durch die plötzliche Änderung des Lenkwinkels konvergiert die Fahrtroute des Fahrzeugs zum Ziel-Fahrtroute sofort, aber es kommt Unruhe in das Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs.
In dem zweiten Vergleichsbeispiel wird die Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung anhand des Originalwertes des Befehlslenkwinkels nach dem Umschalten zur automatischen Lenksteuerung ausgeführt. Außerdem wird auch ein Verringern der Steuerungsverstärkung bezüglich der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung, das heißt der FF-Verstärkung und der FB-Verstärkung, nach dem Umschalten zur automatischen Lenksteuerung ausgeführt. Wie in der mittleren Kurve gezeigt, wird selbst dann, wenn der Unterschied zwischen dem Lenkwinkel zum Zeitpunkt des Beginns der Steuerung und dem Befehlslenkwinkel groß ist, die plötzliche Änderung des Lenkwinkels unterdrückt, da die Steuerungsverstärkung der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung verringert wird. Der Lenkwinkel konvergiert allmählich zum Befehlslenkwinkel, und dadurch konvergiert auch die Fahrtroute des Fahrzeugs allmählich zur Ziel-Fahrtroute. Jedoch verringert das Verringern der Steuerungsverstärkung der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung einen Korrekturbetrag einer manipulierten Variable mit Bezug auf die Störfaktoren, die auf das Fahrzeug einwirken. Das heißt, die Unruhetoleranz wird verringert. Wenn also die Störfaktoren auf das Fahrzeug einwirken, so kann der Einfluss der Störfaktoren Unruhe im Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs verursachen, wie durch eine in dem Kurvendiagramm veranschaulichte Veränderung des Lenkwinkels ausgedrückt ist.
Gemäß der automatischen Lenksteuerung durch die Lenksteuerungsvorrichtung 20 wird der neu berechnete Wert, der sich von dem Lenkwinkel aus allmählich in Richtung des Originalwertes des Befehlslenkwinkels zum Zeitpunkt des Beginns der Steuerung ändert, wird als der Befehlslenkwinkel für die Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung verwendet. Daher folgt, wie in der untersten Kurve gezeigt, der reale Lenkwinkel nach dem Umschalten zur automatischen Lenksteuerung dem neu berechneten Wert des Befehlslenkwinkels und ändert sich allmählich in Richtung des Originalwertes. Auch dann, wenn die Störfaktoren auf das Fahrzeug einwirken, funktioniert eine Korrektur des Lenkwinkels durch die Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung hinreichend, und dadurch wird die Abweichung des Lenkwinkels von dem Befehlslenkwinkel unterdrückt. Dementsprechend konvergiert selbst dann, wenn die Störfaktoren auf das Fahrzeug einwirken, die Fahrtroute des Fahrzeugs allmählich zur Ziel-Fahrtroute, und die Unruhe im Fahr- und Lenkverhalten des Fahrzeugs wird unterdrückt.
Wie oben beschrieben, kann die Lenksteuerungsvorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch Ausführen der automatischen Lenksteuerung, wie oben beschrieben, nach dem Umschalten von der manuellen Lenksteuerung zur automatischen Lenksteuerung das Fahrzeug so steuern, dass es der Ziel-Fahrtroute gleichmäßig folgt, während der Einfluss der Störfaktoren unterdrückt wird.

Claims

Lenksteuerungsvorrichtung (20), die in der Lage ist, die Lenksteuerung zwischen einer manuellen Lenksteuerung, um einen Fahrer zu veranlassen, einen Lenkmechanismus (4) zu bedienen, und einer automatischen Lenksteuerung zum automatischen Bedienen des Lenkmechanismus (4) durch einen Motor (8) umzuschalten, wobei die Lenksteuerungsvorrichtung (20) dafür programmiert ist, eine Ziel-Fahrtroute zu erfassen, einen Befehlslenkwinkel zu berechnen, so dass ein Unterschied zwischen einer realen Fahrtroute eines Fahrzeugs und der Ziel-Fahrtroute beseitigt wird, und eine Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung auszuführen, um den Motor so anzusteuern, dass ein realer Lenkwinkel dem Befehlslenkwinkel folgt, wenn die automatische Lenksteuerung ausgewählt ist, und wobei die Lenksteuerungsvorrichtung (20) für Folgendes programmiert ist: Bestimmen (S5), ob ein Abweichungsgrad einer momentanen Fahrtroute des Fahrzeugs mit Bezug auf die Ziel-Fahrtroute mindestens so groß ist wie eine zuvor festgelegte Schwelle oder nicht, wenn die Lenksteuerung von der manuellen Lenksteuerung zu der automatischen Lenksteuerung umgeschaltet wird, und Neuberechnen (S6) des Befehlslenkwinkels, der in der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung verwendet wird, anhand des realen Lenkwinkels zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung und des Befehlslenkwinkels zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung, so dass der reale Lenkwinkel nach dem Umschalten zur automatischen Lenksteuerung sich allmählich zu dem Befehlslenkwinkel zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung ändert, wenn der Abweichungsgrad mindestens so groß ist wie die zuvor festgelegte Schwelle.
Lenksteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksteuerungsvorrichtung (20) für Folgendes programmiert ist: Bestimmen (S3), ob der Abweichungsgrad mindestens so groß ist wie eine zuvor festgelegte Obergrenze oder nicht, wenn ein Umschalten der Lenksteuerung von der manuellen Lenksteuerung zur automatischen Lenksteuerung angefordert wird, und Abbrechen (S4) des Umschaltens zur automatischen Lenksteuerung und Fortsetzen der manuellen Lenksteuerung, wenn der Abweichungsgrad mindestens so groß ist wie die zuvor festgelegte Obergrenze.
Lenksteuerungsvorrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksteuerungsvorrichtung (20) dafür programmiert ist, den Befehlslenkwinkel, der in der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung verwendet wird, durch Anwenden eines Filterungsprozesses oder eines Ratenbegrenzerprozesses auf einen Unterschied zwischen einem Lenkwinkel zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung und dem Befehlslenkwinkel zum Zeitpunkt des Beginns der automatischen Lenksteuerung neu zu berechnen.
Lenksteuerungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksteuerungsvorrichtung (20) dafür programmiert ist, den Befehlslenkwinkel, der in der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung verwendet wird, so neu zu berechnen, dass die reale Fahrtroute des Fahrzeugs mit der Ziel-Fahrtroute in Übereinstimmung gebracht wird, bis eine zuvor festgelegte Zeit ab der Startzeit der automatischen Lenksteuerung verstrichen ist, während Fahrzeugverhalten und Lenkverhalten innerhalb eines zulässigen Bereichs gehalten werden.
Lenksteuerungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksteuerungsvorrichtung (20) dafür programmiert ist, eine Verstärkung der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung so einzustellen, dass die Verfolgbarkeit des realen Lenkwinkels mit Bezug auf den Befehlslenkwinkel verbessert wird, wenn der Befehlslenkwinkel, der in der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung verwendet wird, neu berechnet wird.
Lenksteuerungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksteuerungsvorrichtung (20) dafür programmiert ist, die Aktualisierung eines integralen Wertes, der in einem integralen Terminus der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung enthalten ist, zu stoppen oder den integralen Wert zurückzusetzen, wenn der Befehlslenkwinkel, der in der Befehlslenkwinkel-Wegverfolgungssteuerung verwendet wird, neu berechnet wird.