CN106741165A

CN106741165A - 用于控制自动转向的系统和方法

Info

Publication number: CN106741165A
Application number: CN201611271069.3A
Authority: CN
Inventors: 李昇键
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2036-11-18
Also published as: US20170144705A1; DE102016222828A1; DE102016222828B4; US10183697B2; CN106741165B; KR102350043B1; KR20170059112A

Abstract

用于控制自动转向的系统和方法。本实施方式涉及一种根据驾驶员辅助系统的所需转矩控制自动转向的系统和方法，其中当通过所需转矩输出驱动电流时，通过将根据车速、转向角、转向角速度和所需转矩的增益应用于变化转矩，以及通过根据驾驶员辅助系统输入所需转矩的控制转向中方向盘旋转输出补偿电流，从而实现自动转向使得且即使基于道路情况在车辆与道路之间高摩擦的情况下方向盘也平稳地转动而不会间歇性的中断。

Description

用于控制自动转向的系统和方法

技术领域

本实施方式涉及一种通过车载系统自动控制转向的系统和方法。

背景技术

电动转向机构是常用的车辆转向机构。电动转向机构以如下方式控制转向，当方向盘的旋转产生旋转转矩(转向转矩)时，与产生转矩成比例的电流输入至电机以驱动电机。也就是说，电动转向机构基于当驾驶员旋转方向盘时产生的旋转转矩来控制转向。

同时，最近研究和发展了用于驾驶员安全性和便利性的驾驶员辅助系统(DAS)，该DAS基于安装在车辆上的传感器获取的信息来控制车辆以辅助驾驶员并且在车辆控制过程中偶尔执行自动转向。

例如，车道保持辅助系统(LKA)执行自动转向以避免行驶中的车辆驶离道路中的车道。交通堵塞辅助系统(TJA)控制车辆速度和转向，以使行驶中的车辆可与相邻的车辆保持固定的距离。进一步地，在车辆控制过程中，自动驾驶系统也执行自动转向控制。

然而，在包括LKA系统或TJA系统的DAS控制的自动转向中，即使根据从传感器获取的信息以相同的转矩来控制转向，自动控制也不能平稳地执行，而是依据载重或道路情况间歇性地中断。

在这种情况下，利用DAS的自动转向不能准确的执行且不能平稳地执行，从而使得驾驶员不能完全依靠DAS且可能会感到不安全。

发明内容

为了解决上述问题，本实施方式提供一种用于控制自动转向的系统和方法，其中补偿电流根据转矩的变化成比例地应用，所述转矩变化是根据驾驶员辅助系统输入的所需转矩而旋转方向盘控制转向产生的，从而即使在高载重下也执行平稳的自动转向。

进一步地，本实施方式提供一种用于控制自动转向的系统和方法，其通过应用增益输出补偿电流，其中所述增益根据应用与转矩变化成比例的补偿电流时的车速、转向角、转向角速度和所需转矩确定，从而执行对于驾驶状况合适且安全的自动转向。

另外，本实施方式提供用于控制自动转向的系统和方法，其根据转矩的变化立即输出补偿电流，从而防止静摩擦的减小。

一个实施方式可提供一种自动转向控制系统，所述自动转向控制系统包括：驱动电流输出单元，所述驱动电流输出单元被构造为接收自动转向所需转矩并且输出用于产生与接收到的所需转矩相对应的转向转矩的驱动电流；以及补偿电流输出单元，所述补偿电流输出单元被构造为通过将根据车速的第一增益、根据转向角的第二增益和根据转向角速度的第三增益应用于方向盘旋转时产生的转矩变化，在根据所述转向转矩进行转向时输出与所述转矩变化成比例的补偿电流。

在自动转向控制系统中，所述补偿电流输出单元可以通过将随着车速增加而减小的所述第一增益应用于转矩变化来输出所述补偿电流，并且所述补偿电流输出单元还可以通过将在车速为预设速度或更低时为固定值且在车速高于所述预设速度时逐渐减小的所述第一增益应用于转矩变化来输出所述补偿电流。

在自动转向控制系统中，所述补偿电流输出单元可以通过将当转向角处于由输出所述自动转向所需转矩的驾驶员辅助系统确定的范围外时确定为0的第二增益应用于转矩变化来输出所述补偿电流，还可以通过将在所述转向角速度的绝对值为预设角速度或更高时逐渐减小的所述第三增益应用于转矩变化来输出所述补偿电流。

在自动转向控制系统中，所述补偿电流输出单元可以通过使转矩变化通过低通滤波器来输出补偿电流，其中根据车速的第一增益和根据转向角的第二增益中的至少一个应用到所述转矩变化。

另一个实施方式可提供一种自动转向控制方法，所述方法包括以下步骤：接收自动转向所需转矩；根据所需转矩产生转向转矩；以及在根据所述转向转矩进行转向时输出与方向盘旋转时产生的转矩变化成比例的补偿电流，其中，输出所述补偿电流的步骤是通过将根据车速的第一增益、根据转向角的第二增益和根据转向角速度的第三增益应用于转矩变化来输出所述补偿电流。

另一个实施方式可提供自动转向控制系统，所述自动转向控制系统包括：转矩变化接收器，所述转矩变化接收器被构造为接收方向盘在根据转向转矩转向时的旋转产生的转矩变化；低通滤波器，所述低通滤波器被构造为使接收到的转矩变化通过；以及补偿电流输出单元，所述补偿电流输出单元被构造为基于经过所述低通滤波器的转矩变化来产生和输出补偿电流。

在自动转向控制系统中，所述补偿电流输出单元可将根据车速的第一增益、根据转向角的第二增益以及根据转向角速度的第三增益中的至少一个应用于转矩变化。

本文中，所述补偿电流输出单元可在转矩变化通过低通滤波器之前应用增益，或者可在转矩变化通过低通滤波器之后应用增益。

进一步地，一些增益可在转矩变化通过低通滤波器之前应用于变化转矩且剩余增益可在转矩变化通过低通滤波器之后应用于转矩变化。

根据本实施方式，提供一了种用于控制自动转向的系统和方法，其中通过将根据车速、转向角、转向角速度和所需转矩的增益应用于转矩变化，以及根据驾驶员辅助系统输入所需转矩的控制转向中通过方向盘旋转输出补偿电流，因此，即使基于载重和道路条件在车辆与道路之间存在高摩擦的情况下也能够执行平稳的自动转向。

附图说明

根据下面结合附图的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将更加明显，在附图中：

图1是示出根据本实施方式的自动转向控制系统的构造的框图。

图2是示出根据本实施方式的自动转向控制系统的补偿电流输出单元的详细构造的框图。

图3和图4是示出根据本实施方式的车速增益的示例的曲线图。

图5和图6是示出根据本实施方式的转向角增益的示例的曲线图。

图7是示出根据本实施方式的转向角速度增益的示例的曲线图。

图8是示出根据本实施方式的所需转矩增益的示例的曲线图。

图9是示出根据本实施方式的自动转向控制方法的过程的流程图。

具体实施方式

在下文中，本发明的一些实施方式将参照所附的说明性附图来详细描述。在通过附图标记指定附图中的元件时，尽管这些元件在不同的附图中示出，但是相同的元件将由相同的附图标记指定。此外，在本发明的以下描述中，当本文中并入的已知功能和配置的详细描述可能使本发明的主题变得非常不清楚时，将其省略。

此外，在描述本发明的部件时，本文可使用如第一、第二、A、B、(a)、(b)等术语。这些术语仅用于将一个部件与其它部件区分开，且相应部件的性质、次序、顺序等不受相应术语的限制。在描述特定的结构元件“连接至”另一个结构元件，“耦合至”另一个结构元件或与另一个结构元件“接触”的情况下，应当解释为另一个结构元件可以“连接至”所述结构元件，“耦合至”所述结构元件或与所述结构元件“接触”以及所述特定的结构元件直接连接至另一个结构元件或与另一个结构元件直接接触一样。

参照图1，根据本实施方式的自动转向控制系统100包括驱动电流输出单元110和补偿电流输出单元120。

驱动电流输出单元110从驾驶员辅助系统200接收所需转矩，产生与接收到的所需转矩相对应的驱动电流，并将该驱动电流提供给电机40。

也就是说，驱动电流输出单元110根据驾驶员辅助系统200控制车辆所需的转矩产生用来操作方向盘的驱动电流，并将该驱动电流提供给电机40，从而根据驾驶员辅助系统200的所需转矩实现转向控制。

在本实施方式中，驾驶员辅助系统200是指在驾驶员辅助系统200进行的车辆控制过程中包括自动转向控制的驾驶员辅助系统200。

例如，驾驶员辅助系统200是指被设计为避免行驶中的车辆驶离道路的车道的车道保持辅助(LKA)系统，或者是指辅助行驶中的车辆以在交通堵塞区域中与相邻车辆保持固定的距离的交通堵塞辅助(TJA)系统。

驾驶员辅助系统200基于从例如相机的传感器获取的信息来确定车辆是否需要转向控制。

例如，当行驶中的车辆在一定距离内接近道路的一个车道时，LKA系统确定需要车辆的转向控制。然后，LKA系统允许方向盘在与所述车辆所接近的车道相反的方向上操作，使得所述车辆不会驶离道路中的行驶车道。

本文中，LKA系统计算与车辆从当前位置移动到驾驶道路的特定位置(例如，驾驶道路的中心)需要的转向控制等级对应的所需扭矩，并将计算出的所需转矩传送至驱动电流输出单元110。

驱动电流输出单元110将根据从驾驶员辅助系统200接收到的所需转矩的驱动电流提供给电机40，从而根据驾驶员辅助系统200的所需转矩执行自动转向。

本文中，即使为了产生所需转矩驱动，电流输出单元110将与驾驶员辅助系统200的所需转矩相对应的驱动电流提供给电机40，但是转向控制也可能不平稳地执行，而是在高载重条件(例如，低车速驾驶)或根据道路条件在车辆与道路之间高摩擦的情况下可能间歇性地中断。

本实施方式包括补偿电流输出单元120，其输出与转矩变化成比例的补偿电流，以便即使在上述情况下也实现平稳的自动转向控制。

当从驾驶员辅助系统200接收到所需转矩且方向盘根据接收到的所需转矩操作时，补偿电流输出单元120输出与方向盘旋转产生的转矩变化成比例的补偿电流，并将补偿电流提供给电机40。

也就是说，从驱动电流输出单元110输出的驱动电流和与转矩变化成比例的补偿电流的总和被提供给电机40，从而依据载重或道路条件，即使在车辆与道路之间高摩擦的情况下也能够执行平稳的自动转向。

在输出与转矩变化成比例的补偿电流时，补偿电流输出单元120可通过应用根据车速、转向角、转向角速度和所需转矩的增益来输出补偿电流。

例如，当车辆低车速行驶时(即，在对应于高载重条件的低车速的情况下)，补偿电流输出单元120可通过将随低车速而增加的车速增益和转矩变化相乘来输出补偿电流。

也就是说，在低车速的情况下将高的车速增益应用于转矩变化，且在高车速的情况下，将低的车速增益应用于转矩变化，从而在高载重情况下应用高补偿电流，且在低载重情况下应用低补偿电流。

由于根据输出所需转矩的驾驶员辅助系统200的种类不同而将转向角控制在不同的范围内，因此转向角增益用于根据转向角的范围来限制补偿电流的应用。

例如，由于通过LKA系统或TJA系统进行自动转向时转向角不大，补偿电流的应用可以仅限于在-90°至+90°的转向角的范围内具有转向角增益，而在其它范围内没有转向角增益。进一步地，当转向角范围较宽时(如自动驾驶系统)，具有转向角增益的范围被设定为较宽。

由于平稳的自动转向的摩擦力的减少可使方向盘旋转得太快，导致安全问题，因此转向角速度增益用于限制一定的转向角速度以上的补偿电流的应用。

所需转矩增益是与所需转矩成比例的增益。然而，由于所需转矩本身被输入为高值，所以所需转矩增益不一定与所需转矩成比例，且需要被调整到与车辆类型一致。

前述车速增益、转向角增益、转向角速度增益和所需转矩增益可调整为与车辆类型一致，且可以各种方式应用，而不限于前述示例。

在下文中，参照图2详细描述根据本实施方式的补偿电流输出单元120。

图2示出了根据本实施方式的补偿电流输出单元120的详细构造。

参照图2，根据本实施方式的补偿电流输出单元120可包括增益应用单元121和低通滤波器122。

增益应用单元121接收转矩变化的输入，并输出与转矩变化成比例的补偿电流。在输出补偿电流时，增益应用单元121可以通过应用根据车速、转向角、转向角速度和所需转矩的增益来输出补偿电流。

也就是说，当根据驾驶员辅助系统200的所需转矩来操作方向盘时，增益应用单元121可以将根据车速、转向角、转向角速度和所需转矩确定的增益应用至方向盘旋转产生的转矩变化以输出补偿电流，从而即使在高载重情况下或在根据道路情况在车辆与道路之间高摩擦的情况下也能够执行平稳的自动转向。

增益应用单元121可原样输出与转矩变化成比例的补偿电流，且可通过应用车速增益来输出补偿电流。

车速增益是随着车速变低而增加的增益。当与车辆与道路之间高摩擦对应的低车速的情况下，增益应用单元121可将转矩变化乘以高的车速增益以输出补偿电流。

图3和图4示出根据本实施方式的车速增益的示例。

参照图3，车速增益可在一定车速或更低车速时为固定值，且当车速高于一定速度时车速增益逐渐减小。也就是说，当车辆低速行驶且允许自动转向时，固定增益在一定速度或更低时应用于转矩变化以应用高的补偿电流。

参照图4，车速增益可以是随车速的增加而逐渐减小的值。也就是说，低车速具有高的车速增益，而高车速具有低的车速增益。因此，在车辆与道路之间由于低车速而具有高摩擦时，应用高补偿电流，而在车辆与道路之间由于高车速而具有相对低的摩擦时，应用低补偿电流。

因此，根据本实施方式，根据受车辆与道路之间的摩擦影响的车速的增益乘以转矩变化以输出补偿电流，从而即使在车辆与道路之间高摩擦情况下也执行平稳的自动转向。

增益应用单元121还可将转向角增益应用于转矩变化以输出补偿电流。

也就是说，当例如LKA系统或TJA系统的驾驶员辅助系统200不需要宽转向角时，转向角增益的范围可以被设置为很窄。在如自动驾驶系统的需要宽转向角控制的系统中，转向角增益的范围可以被设置为很宽。

图5和图6示出了根据本实施方式的转向角增益的示例。图5示出了通过LKA系统或TJA系统的自动转向，且图6示出了自动驾驶系统的自动转向。

参照图5，在不需要宽的转向角控制的系统(如LKA系统)中，仅允许转向角增益在-90°至+90°的转向角范围内，且在其它范围中不允许有转向角增益，从而仅在LKA系统的自动转向控制中输出补偿电流。

参照图6，在需要宽的转向角控制的系统(如自动驾驶系统)中，允许转向角增益在-180°至+180°的转向角范围内，从而在用于自动驾驶的自动转向控制中输出必要的补偿电流。

增益应用单元121还可将转向角速度增益应用于转矩变化以输出补偿电流。

因为通过与根据方向盘转动的转矩变化成比例的补偿电流的应用导致的摩擦力的降低可能使得方向盘平稳的旋转，这会导致方向盘的旋转太快，从而引起安全问题，所以转向角速度增益用于限制根据转向角速度的补偿电流的应用。

例如，当转向角速度为一定的角速度或以上时，转向角速度增益被设置为0，从而限制与转矩变化成比例的补偿电流的应用。

图7示出了根据本实施方式的转向角速度增益的示例。参照图7，转向角速度增益仅当转向角速度在一定的角速度时被允许。

因此，当转向角速度在一定角速度范围外时，不通过转向角速度增益输出补偿电流，从而避免方向盘根据驾驶员辅助系统200的所需转矩在自动转向中旋转得太快。也就是说，应用补偿电流以减小摩擦，从而实现平稳的自动转向，同时避免由于摩擦的过度减小引起的方向盘的太快旋转。

增益应用单元121还可将所需转矩增益应用于转矩变化以输出补偿电流。

所需转矩增益是与驾驶员辅助系统200输入的所需转矩成比例的增益。然而，由于输入高的所需转矩，所需转矩增益不一定与所需转矩成比例地增加且需要被调整到与车辆类型一致。

图8示出了根据本实施方式的所需转矩增益的示例。如图8所示，所需转矩增益基本上具有与所需转矩成比例的值，但不一定设定为与所需转矩成比例。

同时，根据本实施方式的补偿电流输出单元120可包括低通滤波器122。

低通滤波器122用于借助在根据转矩变化输出补偿电流时允许转矩变化分量通过来延迟响应。

低通滤波器122使转矩变化分量的低频分量通过以延迟响应，从而避免由每当方向盘的转矩变化发生时立即输出的补偿电流引起静摩擦的减小。

低通滤波器122可以布置在输入转矩变化的接收端子与产生基于转矩变化的补偿电流的输出端子之间。

也就是说，在转矩变化通过低通滤波器122之后，基于转矩变化产生补偿电流。

当包括低通滤波器122时，应用于转矩变化的增益可在转矩变化通过低通滤波器122之前或之后应用。

可替代地，可在转矩变化通过低通滤波器122之前应用一些增益，且可在转矩变化通过低通滤波器122之后施加其它增益。

当对没有通过低通滤波器122的转矩变化应用一些增益时，低通滤波器122可以将需要相对延迟的增益乘以转矩变化，且可以允许转矩变化从其中通过。

例如，低通滤波器122可使已应用了车速增益的转矩变化通过，或者可使已应用了转向角增益的转矩变化通过。可替代地，低通滤波器122可使已经应用了车速增益和转向角增益的转矩变化通过。

低通滤波器122使转矩变化分量的低频分量通过以延迟响应，从而避免由每当发生转矩变化时立即输出的补偿电流引起的静摩擦的减小。

因此，允许转矩变化通过低通滤波器122以避免补偿电流直接的应用，从而通过自动转向实现方向盘更平稳和更自然的旋转。

进一步地，需要被相对延迟的增益被应用于尚未通过低通滤波器122的转矩变化，且可以各种方式基于低通滤波器122应用增益。

参照9，根据本实施方式的自动转向控制系统100从驾驶员辅助系统200接收用于自动转向的所需转矩(S900)。

当接收到用于自动转向的所需转矩时，自动转向控制系统100根据接收到的所需转矩生成用于操作方向盘的驱动电流，并将该驱动电流提供给电机40(S920)。

本文中，根据驾驶员辅助系统200的所需转矩自动地执行转向控制，根据所需转矩的自动转向控制可能由于载重等引起的车辆与道路之间的高摩擦而不能平稳地执行。

因此，本实施方式应用与由根据所需转矩的自动转向中的方向盘旋转引起的转矩变化成比例的补偿电流以减小摩擦，从而执行平稳的自动转向。进一步地，在应用补偿电流时，可将根据车速、转向角、转向角速度和所需转矩的增益应用于转矩变化，以应用补偿电流。

自动转向控制系统100根据车速、转向角、转向角速度和所需转矩确定增益(S940)。

在对应于车辆与道路之间高摩擦的低车速情况下，车速增益具有较高的值。转向角增益是在转向角在转向角范围外时通过驾驶员辅助系统200限制补偿电流的应用的增益。转向角速度增益是限制补偿电流应用以便当转向角速度为一定角速度或以上时避免由于摩擦力的减小使方向盘太快旋转的增益。所需转矩增益是与所需转矩成比例的增益，且需要被调整到与车辆类型一致。

自动转向控制系统100将根据车速、转向角、转向角速度和所需转矩确定的增益应用于转矩变化以输出补偿电流(S960)。

因此，考虑在根据驾驶员辅助系统200的所需转矩自动转向时车辆与道路之间的摩擦，自动转向控制系统100额外应用补偿电流，从而即使在基于载重或道路情况的车辆与道路之间的高摩擦的情况下，也允许方向盘平稳地旋转而没有间歇性中断。

虽然为了说明的目的描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改和替换。因此，本发明所公开的示例性实施方式旨在说明本发明的技术思想的范围，且本发明的范围不限于示例性实施方式。

Claims

1.一种自动转向控制系统，所述自动转向控制系统包括：

驱动电流输出单元，所述驱动电流输出单元被构造为接收自动转向所需转矩并且输出用于产生与接收到的所需转矩相对应的转向转矩的驱动电流；以及

补偿电流输出单元，所述补偿电流输出单元被构造为通过将根据车速的第一增益、根据转向角的第二增益和根据转向角速度的第三增益应用于方向盘旋转时产生的转矩变化，在根据所述转向转矩进行转向时输出与所述转矩变化成比例的补偿电流。

2.如权利要求1所述的自动转向控制系统，其中，所述补偿电流输出单元通过将随着车速增加而减小的所述第一增益应用于转矩变化来输出所述补偿电流。

3.如权利要求1所述的自动转向控制系统，其中，所述补偿电流输出单元通过将在车速为预设速度或更低时为固定值且在车速高于所述预设速度时逐渐减小的所述第一增益应用于转矩变化来输出所述补偿电流。

4.如权利要求1所述的自动转向控制系统，其中，所述补偿电流输出单元通过将当转向角处于由输出所述自动转向所需转矩的驾驶员辅助系统确定的范围外时确定为0的第二增益应用于转矩变化来输出所述补偿电流。

5.如权利要求1所述的自动转向控制系统，其中，所述补偿电流输出单元通过将在所述转向角速度的绝对值为预设角速度或更高时逐渐减小的所述第三增益应用于转矩变化来输出所述补偿电流。

6.如权利要求1所述的自动转向控制系统，其中，所述补偿电流输出单元使得应用了根据所述车速的所述第一增益和根据所述转向角的所述第二增益中的至少一个的转矩变化通过低通滤波器。

7.如权利要求1所述的自动转向控制系统，其中，所述驱动电流输出单元从驾驶员辅助系统接收所述自动转向所需转矩。

8.一种自动转向控制方法，所述方法包括以下步骤：

接收自动转向所需转矩；

根据所需转矩产生转向转矩；以及

在根据所述转向转矩进行转向时输出与方向盘旋转时产生的转矩变化成比例的补偿电流，

其中，输出所述补偿电流的步骤是通过将根据车速的第一增益、根据转向角的第二增益和根据转向角速度的第三增益应用于转矩变化来输出所述补偿电流。

9.如权利要求8所述的自动转向控制方法，其中，输出所述补偿电流的步骤是通过将与所述车速成反比的所述第一增益应用于转矩变化来输出所述补偿电流。

10.如权利要求8所述的自动转向控制方法，其中，输出所述补偿电流的步骤包括使得应用了根据所述车速的所述第一增益和根据所述转向角的所述第二增益中的至少一个的转矩变化通过低通滤波器。

11.一种自动转向控制系统，所述自动转向控制系统包括：

转矩变化接收器，所述转矩变化接收器被构造为接收方向盘在根据转向转矩转向时的旋转产生的转矩变化；

低通滤波器，所述低通滤波器被构造为使接收到的转矩变化通过；以及

补偿电流输出单元，所述补偿电流输出单元被构造为基于经过所述低通滤波器的转矩变化来产生和输出补偿电流。

12.如权利要求11所述的自动转向控制系统，其中，所述补偿电流输出单元将根据车速的第一增益、根据转向角的第二增益和根据转向角速度的第三增益中的至少一个应用于转矩变化，并且基于应用了增益的转矩变化来产生所述补偿电流。

13.如权利要求12所述的自动转向控制系统，其中，所述补偿电流输出单元将所述第一增益、所述第二增益和所述第三增益中的至少一个应用于经过所述低通滤波器的转矩变化。

14.如权利要求12所述的自动转向控制系统，其中，所述补偿电流输出单元将所述第一增益、所述第二增益和所述第三增益中的至少一个应用于转矩变化并且使得应用了增益的转矩变化通过所述低通滤波器。

15.如权利要求12所述的自动转向控制系统，其中，所述补偿电流输出单元将所述第一增益、所述第二增益和所述第三增益的一部分应用于不经过所述低通滤波器的转矩变化，并且将所述第一增益、所述第二增益和所述第三增益的剩余部分应用于经过所述低通滤波器的转矩变化。