專利名稱：將車輛保持在其車道中的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求1的前序部分的、用于將車輛保持在其車道中的裝置。
從現(xiàn)有技術中公開了不同的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在將車輛保持在其車道中方面支持汽車的司機。這些系統(tǒng)也稱為LKS系統(tǒng)(LKS車道保持支持)。公知的LKS系統(tǒng)包括諸如視頻系統(tǒng)的車道識別系統(tǒng)，利用其可以確定車道的曲率和車輛在車道中的相對位置(所謂的偏差(Ablage)和定向)。如果由司機選擇的轉向角過于強烈地偏離由車道曲線預先給定的額定轉向角，則借助諸如伺服電機的轉向調節(jié)器對車輛的轉向器施加人工轉向力。這些轉向力是如此強大，以致它們能夠由司機在觸覺上檢測到，并且提示司機，他必須如何操作轉向器，以便將車輛保持在其車道中。
車道識別系統(tǒng)例如可以被實現(xiàn)為視頻系統(tǒng)，該視頻系統(tǒng)的視頻信號由信號處理軟件來處理，該信號處理軟件提供所希望的幾何數(shù)椐(偏差，定向，車道曲率)。另外的車道識別系統(tǒng)例如包括結合集成在車行道中的磁鐵來確定車輛位置的磁鐵傳感器，或選擇性地也包括雷達傳感器。
于是根據(jù)幾何偏差數(shù)據(jù)和關于車道曲率的信息借助數(shù)學參考模型(算法)來計算參考轉向角，其中必須借助于轉向偏轉該參考轉向角，以便將車輛最佳地保持在其車道中。在司機轉向角偏離該參考轉向角時，于是借助轉向調節(jié)器對轉向器施加支持轉矩。在此，借助預先給定的特性曲線計算來該支持轉矩，該特性曲線是支持轉矩和轉向角差之間的函數(shù)關系。
為此也請參閱Naab、Reichart所著的文獻“Driver AssistanceSystems for Lateral and Longitudinal Vehicle Guidance-HeadingControl and Active Cruise Support(橫向和縱向車輛導向控制和主動巡航支持的司機輔助系統(tǒng))”(AVEC 94)和Shimakage、Kawazoe、Sadano、Murakami所著的文獻“Design of Lane-Keeping Controlwith Steering Torque input for a Lane-Keeping SupportSystem(車道保持支持系統(tǒng)的具有轉向力矩輸入的車道保持控制的設計)”(SAE Technical Papers 2001-01-0480)。
公開的LKS系統(tǒng)迄今不能自動地將車輛保持在其車道中，而是僅僅具有以下任務，即在司機的轉向活動偏離由車道曲線預先給定的額定轉向運動時通過定向的人工方向盤力來支持司機。司機因此仍然必須主動轉向。
因此，本發(fā)明的任務是創(chuàng)造一種LKS系統(tǒng)，該LKS系統(tǒng)能夠自動地將車輛保持在預先給定的車道中，而司機不必為此主動操作轉向器。
根據(jù)本發(fā)明，該任務通過在權利要求1中所說明的特征來解決。本發(fā)明的其它的擴展方案是從屬權利要求的主題。
本發(fā)明的主要思想在于，借助閉環(huán)調節(jié)電路來調節(jié)描述車輛的橫向動力學的參量、尤其是車輛的轉向角，該調節(jié)電路包括作為調節(jié)器的傳遞元件和作為執(zhí)行元件的轉向調節(jié)器。傳遞元件優(yōu)選地具有穩(wěn)定的調節(jié)特性，即這樣的調節(jié)特性，利用該調節(jié)特性能夠長時間穩(wěn)定地調整調節(jié)量(例如轉向角)的調節(jié)偏差。這種調節(jié)電路的采用具有以下主要優(yōu)點能夠自動地將車輛保持在其預先給定的車道中，而司機不必干預轉向。
根據(jù)一種優(yōu)選的實施形式，傳遞元件被實現(xiàn)為比例元件(p元件)。傳遞元件優(yōu)選地不具有I特性。因此司機的轉向干預不是由調節(jié)電路日益進行補償，而是導致保持不變的調節(jié)偏差。在轉向系統(tǒng)的相應的尺寸確定的情況下，司機對轉向器的過度控制(Uebersteuern)保持隨時可能。
本發(fā)明的傳遞元件優(yōu)選地被實現(xiàn)為例如被存放在控制設備中的線性特性曲線。在此，優(yōu)選地如此來設計該線性特性曲線的斜率，使得支持轉矩足夠高以自動補償轉向角偏差。
另一方面，由轉向調節(jié)器所施加的支持轉矩優(yōu)選地只是如此大，使得能夠由司機對該支持轉矩進行過度控制。因此，司機總是保留能夠通過方向盤的操作來自己決定行駛方向的可能性。
轉向調節(jié)器優(yōu)選地包括轉矩調節(jié)電路，該轉矩調節(jié)電路從傳遞元件獲得轉矩值，并且將支持轉矩作為輸出量輸出。
以下借助附圖示例性地更詳細地闡述本發(fā)明。
圖1展示汽車的轉向器的示意圖；以及圖2展示用于自動地將車輛保持在其車道中的系統(tǒng)的示意方框圖。
圖1展示汽車的前輪轉向器1，該前輪轉向器1具有方向盤2、轉向桿5、傳動比為N的轉向傳動裝置6和轉向橫拉桿8，借助該轉向橫拉桿8使前輪7轉向。轉向器1此外還包括諸如伺服電機的轉向調節(jié)器3，借助該轉向調節(jié)器3可以通過皮帶傳動4對轉向桿5施加轉矩MA。在此用NA表示傳動比。
所示出的轉向器在機械上像大多數(shù)傳統(tǒng)的轉向器那樣相同地被構造的，并且在這里在橫向動力學調節(jié)系統(tǒng)的框架內被用于通過借助轉向調節(jié)器3施加導向轉矩MA來將車輛18保持在其車道20中。
圖2展示關于用于將車輛18保持在其車道20中的總系統(tǒng)的概況。橫向動力學調節(jié)系統(tǒng)包括布置在車輛18上的用于車道識別的傳感器系統(tǒng)17、諸如視頻系統(tǒng)，借助該傳感器系統(tǒng)17可以確定車輛18相對于車道20的偏差和定向以及車道曲率。通常將具有攝像機和專門的圖像處理軟件的視頻系統(tǒng)用于車道識別，該圖像處理軟件根據(jù)圖像數(shù)據(jù)確定所希望的幾何數(shù)據(jù)。
幾何數(shù)據(jù)、即偏差、定向和車道曲率被輸送給數(shù)學參考模型11，該數(shù)學參考模型11由此計算出參考轉向角δref。在此，參考轉向角δref是司機必須偏轉的那個轉向角，以便將車輛18保持在車道20中。后置的調節(jié)電路21用于穩(wěn)定地調整轉向角的調節(jié)差(δref-δ)，并且因此將車輛保持在其車道20中。
調節(jié)電路21包括計算調節(jié)量的調節(jié)差δref-δ的節(jié)點12(加法節(jié)點)、形成調節(jié)電路的調節(jié)器的傳遞元件13以及具有形成調節(jié)電路21的執(zhí)行元件的轉矩調節(jié)電路14的轉向調節(jié)器3。元件11、12、13和轉向調節(jié)器3的轉矩調節(jié)電路14通常被實施為控制設備22中的軟件模塊。
如此來設計傳遞元件13，使得可以穩(wěn)定地調整調節(jié)偏差。在所示出的實例中，傳遞元件13被實現(xiàn)為具有比例調節(jié)特性的特性曲線(p元件)。
傳遞元件13根據(jù)調節(jié)偏差生成輸送給轉向調節(jié)器3的轉矩ME。轉向調節(jié)器3按照調節(jié)特性將轉矩ME轉化成導向轉矩MA，然后對轉向桿5施加該導向轉矩MA。該轉矩MA與由司機施加在方向盤2上的轉矩MF相疊加(這在方框15中示出)。最后通過方框16示出了轉向器1的傳遞特性。
根據(jù)通過方框10所表明的司機的轉向活動(轉矩MF)和導向轉矩MA，最終在車輪7上出現(xiàn)轉向角δ。例如感知測量轉向角δ，并且通過反饋路徑將相應的值耦合到節(jié)點12中，并且用于新的調節(jié)偏差的計算。
可以將下列方程用于總系統(tǒng)的數(shù)學描述針對方向盤角 (該方向盤角 與轉向角δ處于固定的關系中)，可以在考慮所有作用在轉向系統(tǒng)1上的轉矩的情況下建立以下關系式 其中在方程的左邊JS是等效慣性矩，而CS是等效阻尼常數(shù)。方程的右邊的第一項在此描述由轉向調節(jié)器3所施加的具有傳動比NA的轉矩MA，第二項描述具有轉向系統(tǒng)的車道長度(Spurlaenge)ξ、伺服轉向器的轉向支持KS、前輪7上的斜向運行剛度CV、前軸到車輛重心的軸距l(xiāng)v、偏航速度(Giergeschwindigkeit)dψ/dt和浮動角β的由前輪7的斜行所引起的轉矩。第三項表示由司機施加在方向盤2上的轉矩MF。
方程(1)中的偏航速度dψ/dt和浮動角β對于穩(wěn)定的轉彎行駛來說可以以公知的方式用以下方程來表達ψ·st=vlv+lh-mv2lvcv-lhchcvch(lv+lh)δ=vcψ·δ---(2)]]>βst=lh-mv2lvch(lv+lh)lv+lh-mv2lvcv-lvchcvch(lv+lh)δ=cβδ---(3)]]>其中v表示車速，m表示車輛質量，δ表示轉向角，Cv，h表示前面和后面的斜向運行剛度，以及l(fā)v，h表示車輛重心前后的軸距。代入方程(1)中，由此得出
參量KS在此描述伺服轉向器的轉向支持并且可以根據(jù)支持程度取0和1之間的值。KS＝0在此代表最大的伺服支持，而KS＝1代表沒有伺服支持的轉向。
如果將方程(4)中的司機的轉向轉矩MF看作干擾，則作為轉向系統(tǒng)的傳遞函數(shù)得出 其中cL=ξKScvN2(1-lvcψ·-cβ)---(6)]]>該傳遞函數(shù)具有PT2特性。
對于轉向調節(jié)器3的轉矩調節(jié)電路14來說，例如可以使用具有PT1特性的傳遞函數(shù)GA(S)GA(s)=MA(s)ME(s)=1T1s+1---(7)]]>因此對于開環(huán)調節(jié)電路來說總體上得出線路傳遞特性G0(s)=GA(s)·GL(s)=NAJsT1s3+(T1cS+Js)s2+(T1cL+cs)s+cL---(8)]]>現(xiàn)在如果在0和kP，max之間的范圍內選擇調節(jié)元件的放大因數(shù)kP，則例如可以利用P調節(jié)元件來穩(wěn)定該線路，其中kP，max依賴于方程(5)、(6)和(7)中的參數(shù)。
在所示出的實施例中，借助根據(jù)調節(jié)偏差生成轉矩值ME的特性曲線來實現(xiàn)傳遞元件13。在此如此來設計該特性曲線，使得可以穩(wěn)定地補償調節(jié)偏差或轉向角偏差。特性曲線例如可以具有斜率m，對該斜率m適用0＜m＜kP，max。
傳遞元件13優(yōu)選地只具有P特性，而不具有I特性。由方向盤上的司機干預所引起的干擾由此沒有得到補償，而是導致保持不變的調節(jié)偏差。因此導向轉矩MA通過司機的過度控制隨時保持可能。
參考符號清單1 轉向器2 方向盤3 轉向調節(jié)器4 皮帶5 轉向桿6 轉向傳動裝置7 前輪8 轉向橫拉桿10司機11參考模型12加法節(jié)點13傳遞元件14轉矩調節(jié)電路15加法節(jié)點16轉向器的傳遞特性17車道檢測系統(tǒng)18車輛19車道標記20車道21調節(jié)電路22控制設備δ 轉向角δref參考轉向角ME傳遞元件的轉矩MA導向轉矩MF司機轉矩方向盤角
權利要求
1.用于將車輛(18)保持在其車道(20)中的裝置，包括-轉向調節(jié)器(3)，利用該轉向調節(jié)器能夠對所述車輛(18)的轉向器(1)施加轉向轉矩(MA)，-車道識別系統(tǒng)(17)，利用該車道識別系統(tǒng)能夠確定所述車輛(18)相對于其車道(20)的相對位置以及涉及車道曲線的信息，以及-參考模型(11)，該參考模型根據(jù)由所述車道識別系統(tǒng)(17)獲得的數(shù)據(jù)來計算額定量(δref)，其特征在于用于轉向角調節(jié)的閉環(huán)調節(jié)電路(21)，該閉環(huán)調節(jié)電路包括傳遞元件(13)和作為調節(jié)的執(zhí)行元件的轉向調節(jié)器(14)，其中所述傳遞元件(13)具有調節(jié)特性，利用該調節(jié)特性能夠穩(wěn)定地調整調節(jié)量(δ)的調節(jié)偏差。
2.按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述傳遞元件(13)是p元件。
3.按照權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述傳遞元件(13)是特性曲線。
4.按照權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述特性曲線具有線性段。
5.按照以上權利要求之一所述的裝置，其特征在于，所述傳遞元件(13)不具有I特性。
6.按照以上權利要求之一所述的裝置，其特征在于，由所述轉向調節(jié)器(3)所施加的轉矩(MA)僅僅是如此大，以致能夠由司機對該轉矩進行過度控制。
7.按照以上權利要求之一所述的裝置，其特征在于，所述轉向調節(jié)器包括轉矩調節(jié)電路(14)。
8.按照以上權利要求之一所述的裝置，其特征在于，所述傳遞元件(13)生成轉矩值(ME)，該轉矩值作為輸入量被輸送給所述轉向調節(jié)器(3)或轉矩調節(jié)電路(14)。
9.按照以上權利要求之一所述的裝置，其特征在于，轉向角構成所述調節(jié)量，并且在調節(jié)電路(21)的輸入端處計算所述轉向角的調節(jié)偏差。
10.按照以上權利要求之一所述的裝置，其特征在于，所述特性曲線(13)被存放在控制設備(22)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將車輛(18)保持在其車道(20)中的裝置，該裝置包括轉向調節(jié)器(3)，利用該轉向調節(jié)器能夠對車輛(18)的轉向器(1)施加轉向轉矩(M
文檔編號B62D1/00GK101056790SQ200580038790
公開日2007年10月17日 申請日期2005年9月15日 優(yōu)先權日2004年11月15日
發(fā)明者M·謝爾, M·維爾克斯, L·比爾克勒, T·倫特施勒 申請人:羅伯特·博世有限公司