Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Lenkvorrichtung für
Fahrzeuge zum automatischen Parken des Fahrzeugs, ohne auf eine
Lenkbetätigung durch den Fahrer angewiesen zu sein.
Beschreibung vom Stand der Technik
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Automatische Lenkvorrichtungen für Fahrzeuge sind z. B. in der JP-A-
3074256 als gattungsbildendem Dokument und der JP-A-4055168
bekannt. Diese automatischen Lenkvorrichtungen für Fahrzeuge verwenden
einen Aktuator eines an sich bekannten elektrischen Servolenksystems und
sie sind konstruiert, um ein Rückwärtsparken oder Längsparken automatisch
zu bewirken, in dem der Aktuator auf der Basis einer Beziehung zwischen
einer Fahrwegstrecke des Fahrzeugs und einem Lenkwinkel gesteuert wird,
die vorab gespeichert worden ist.
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Beim Stand der Technik betätigt der Fahrer das Lenkrad, während der
automatische Lenkvorgang gesteuert wird, und wenn gewertet wird, dass
das Lenkdrehmoment ein vorbestimmtes Referenzlenkdrehmoment
überschritten hat, wird der automatische Lenksteuerbetrieb unterbrochen und
wird ein normaler Servolenksteuerbetrieb aufgenommen. Wenn der
automatische Lenksteuerbetrieb schnell in den Modus des Servolenksteuerbetriebs
wechselt, nimmt jedoch die Lenkreaktion des Lenkrads plötzlich ab oder zu,
wodurch der Fahrer eine Inkompatibilität fühlt.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf die oben erwähnten
Umstände, und ihr Ziel ist es, den Fahrer vor dem Gefühl der Inkompatibilität zu
bewahren, wenn der automatische Lenksteuerbetrieb in den Modus des
Servolenksteuerbetriebs wechselt.
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Um das oben erwähnte Ziel zu erreichen, befasst sich die vorliegende
Erfindung mit einer automatischen Lenkvorrichtung für Fahrzeuge nach
Anspruch 1. Die Vorrichtung umfasst einen Aktuator zum Lenken von Rädern
des Fahrzeugs; ein Bewegungsortskurvensetzmittel zum Speichern oder
Berechnen einer Bewegungsortskurve eines Fahrzeugs bis zu einer
Zielposition; sowie ein Steuermittel zum Wechseln zwischen einem ersten
Steuerzustand zum Steuern des Betriebs des Aktuators auf der Basis eines
Lenkdrehmoments, das vom Fahrer auf ein Fahrzeuglenkrad ausgeübt wird, und
einem zweiten Steuerzustand zum Steuern des Betriebs des Aktuators auf
der Basis der Ortskurve der Bewegung, die von dem
Bewegungsortskurvensetzmittel gesetzt ist. Das Steuermittel ändert graduell den zweiten
Steuerzustand zu dem ersten Steuerzustand. Demzufolge wird der zweite
Steuerzustand, in dem der Antrieb des Aktuators auf der Basis der vom
Bewegungsortskurvensetzmittel gesetzten Bewegungsortskurve gesteuert wird,
graduell zu dem ersten Steuerzustand geändert, in dem der Betrieb des
Aktuators auf der Basis des Lenkdrehmoments gesteuert wird, das vom Fahrer
auf das Lenkrad ausgeübt wird. Daher wird verhindert, dass sich die
Lenkreaktion des Lenkrads plötzlich ändert, und daher der Fahrer mehr
Kompatibilität fühlt.
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Der zweite Steuerzustand wechselt zu dem ersten Steuerzustand durch
Ändern eines Steuerbetrags des Aktuators in dem zweiten Steuerzustand bis
zu einem Steuerbetrag des Aktuators in dem ersten Steuerzustand über eine
vorbestimmte Zeitdauer. Der zweite Steuerzustand kann somit graduell zu
dem ersten Steuerzustand geändert werden, wobei er auf einem einfachen
Steuervorgang beruht. Die benötigte Zeit ist auf eine Sekunde gesetzt
worden, was jedoch in Abhängigkeit von den konstruktiven Erfordernissen
geändert werden kann.
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Bevorzugt erfasst ein Erfassungsmittel eine Lenkgeschwindigkeit oder ein
Lenkdrehmoment, und die Änderungsrate des zweiten Steuerzustands zu
dem ersten Steuerzustand wird in Abhängigkeit von der erfassten
Lenkgeschwindigkeit oder dem erfassten Lenkdrehmoment erhöht. Wenn somit der
Fahrer das Lenkrad schnell dreht, beim Versuch Hindernissen
auszuweichen, wechselt der zweite Steuerzustand schnell zu dem ersten
Steuerzustand, was es möglich macht, den Hindernissen zuverlässig auszuweichen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Eine Ausführung zur Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun
anhand eines Beispiels beschrieben, das in den beigefügten Zeichnungen
gezeigt ist.
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Fig. 1 ist ein Diagramm mit Darstellung eines Fahrzeugs, das mit einer
Lenksteuervorrichtung nach der Ausführung der vorliegenden Erfindung
ausgestattet ist.
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Fig. 2A und 2B sind Diagramme mit Darstellung des Betriebs vom
Rückwärts-/Linksparkmodus.
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Fig. 3 ist ein Diagramm mit Darstellung von Moduswählschaltern und eines
Parkautomatik-Startschalters.
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Fig. 4A und 4B sind Grafiken mit Darstellung eines Steuerbetrags des
Aktuators, wenn der Betrieb vom Modus des automatischen Lenksteuerbetriebs
zum Modus des Servolenksteuerbetriebs wechselt.
Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungen
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Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält ein Fahrzeug V ein Paar von Vorderrädern Wf,
Wf und ein Paar von Hinterrädern Wr, Wr. Ein Lenkrad 1 ist mit den
Vorderrädern Wf, Wf, die gelenkte Räder sind, verbunden durch eine Lenkwelle 2,
die sich gemeinsam mit dem Lenkrad 1 dreht, ein Ritzel 3, das am
Unterende der Lenkwelle 2 vorgesehen ist, eine Zahnstange 4, die mit dem Ritzel
3 kämmt, rechte und linke Spurstangen 5, 5, die an beiden. Enden der
Zahnstange 4 vorgesehen sind, und rechte und linke Lenkachsschenkel 6,
6, die mit den Spurstangen 5, 5 verbunden sind. Ein Lenkaktuator 7, der
einen Elektromotor aufweist, ist mit der Lenkwelle 2 durch einen
Schneckengetriebemechanismus 8 verbunden, um den Fahrer bei der
Betätigung des Lenkrads 1 zu unterstützen oder um einen automatischen
Lenkvorgang zum Parken des Fahrzeugs auszuführen, was nachfolgend
beschrieben wird.
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Eine Lenksteuereinheit 21 umfasst ein Steuergerät 22 und ein
Speichermittel 23. Das Steuergerät 22 empfängt ein Signal von einem
Lenkwinkelerfassungsmittel S. zum Erfassen des Lenkwinkels θ der Vorderräder Wf, Wf auf
der Basis des Drehwinkels des Lenkrads 1, ein Signal von einem
Lenkdrehmomenterfassungsmittel S&sub2; zum Erfassen des Lenkdrehmoments des
Lenkrads 1, Signale von Vorderraddrehwinkelerfassungsmitteln S&sub3;, S&sub3; zum
Erfassen von Drehwinkeln der rechten und linken Vorderräder Wf, Wf, ein
Signal von einem Bremsbetätigungsbetrag-Erfassungsmittel S&sub4; zum Erfassen
des Betätigungsbetrags eines Bremspedals 9, ein Signal von einem
Schaltbereich-Erfassungsmittel S&sub5; zum Erfassen des an einem Wählhebel 10
gewählten Schaltbereichs ("D-Bereich", "R-Bereich", "N-Bereich", "P-Bereich",
etc.) sowie Signale von insgesamt acht Objekterfassungsmitteln S&sub6;, die an
einem Frontabschnitt, einem Mittelabschnitt und einem Heckabschnitt des
Fahrzeugs V angebracht sind. Die Objekterfassungsmittel S&sub6; können von
jedem bekannten Detektortyp sein, wie etwa Sonar, Radar, Fernsehkamera
oder dgl. Leitungen, die die acht Objekterfassungsmittel S&sub6; mit dem
Steuergerät 22 verbinden, sind weggelassen, um die Zeichnung zu vereinfachen.
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Ein Moduswählschalter S&sub7; und ein Parkautomatikstartschalter S&sub8;, die beide
vom Fahrer betätigt werden, sind mit dem Steuergerät 22 verbunden. Wie
aus Fig. 3 entnehmbar, wird der Moduswählschalter S&sub7; bei der, Wahl eines
der vier Parkmodi betätigt, das sind ein Rückwärtsrechtsparkmodus, ein
Rückwärtslinksparkmodus, ein Längsrechtsparkmodus und ein
Längslinksparkmodus, und enthält vier Schaltknöpfe entsprechend diesen Modi. Der
Parkautomatikstartschalter S&sub8; wird betätigt, um das automatische Parken in
einem der mit dem Moduswählschalter S&sub7; gewählten Modi zu starten.
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Daten für die vier Parkmodi, das sind Beziehungen von Standardlenkwinkeln
θref relativ zu Fahrwegstrecken X des Fahrzeugs V, sind in dem
Speichermittel 23 in der Form einer Tabelle vorab gespeichert. Die Fahrwegstrecke X
des Fahrzeugs V wird berechnet durch Multiplizieren der Umfangslänge des
Vorderrads Wf mit dem Drehwinkel des Vorderrads Wf, der von dem
Vorderraddrehwinkel-Erfassungsmittel S&sub5;, S&sub5; erfasst ist. Ein Hoch-
Auswahlwert, ein Niedrig-Auswahlwert oder ein Mittelwert des Paars
rechter und linker Vorderraddrehwinkel-Erfassungsmittel S&sub3;, S&sub3; wird verwendet,
um die Fahrwegstrecke X zu berechnen.
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Das Steuergerät 22 steuert den Betrieb des Lenkaktuators 7 und den
Betrieb einer Betriebsanzeigevorrichtung 11, die einen Flüssigkristallmonitor,
einen Lautsprecher, eine Lampe, ein Geläut, einen Summer oder dgl.
enthält, auf der Basis der Signale von den Erfassungsmitteln S&sub1; bis S&sub6; und der
Schalter S&sub7;, S&sub8; sowie der Daten der Parkmodi, die in den Speichermitteln 23
gespeichert sind.
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Nachfolgend wird der Betrieb der Ausführung der vorliegenden Erfindung
mit der oben beschriebenen Anordnung beschrieben.
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Wenn sich das Fahrzeug in einem Normalzustand befindet, in dem das
automatische Parken nicht ausgeführt wird (wenn der
Parkautomatikstartschalter S&sub5; nicht eingeschaltet ist), arbeitet die Lenksteuereinheit 21 als
allgemeine Servolenksteuereinheit. Insbesondere wenn das Lenkrad 1 vom
Fahrer betätigt wird, um das Fahrzeug V zu drehen, erfasst das
Lenkdrehmoment-Erfassungsmittel S&sub2; das Lenkdrehmoment, das in das Lenkrad 1
eingegeben ist, und das Steuergerät 22 steuert den Betrieb des
Lenkaktuators 7 auf der Basis des Lenkdrehmoments. Im Ergebnis werden die linken
und rechten Vorderräder Wf, Wf durch die Antriebskraft von dem
Lenkaktuator 7 gelenkt, wobei sie den Fahrer bei der Ausführung des
Lenkvorgangs unterstützen. Der Zustand, in dem der Servolenksteuerbetrieb
ausgeführt wird, entspricht dem ersten Steuerzustand nach der Ausführung der
vorliegenden Erfindung, und der Zustand, in dem der automatische
Lenksteuerbetrieb ausgeführt wird, entspricht dem zweiten Steuerzustand nach
der Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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Nachfolgend wird die automatische Parksteuerung in Bezug auf den
Rückwärtslinksparkmodus beschrieben (ein Modus, in dem sich das Fahrzeug V
zu einer Parkposition an der linken Seite des Fahrzeugs V rückwärts
bewegt).
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Zuerst wird, wie in Fig. 2A gezeigt, das Fahrzeug V in die Nähe einer zu
parkenden Garage bewegt. In einem Zustand, in dem die linke Seite der
Fahrzeugkarosserie so nahe wie möglich an der Eingangslinie zu der Garage
liegt, wird das Fahrzeug V an einer Position (Startposition 1) gestoppt, in
der ein vorbestimmter Referenzpunkt (z. B. eine Markierung, die an der
Innenseite der Türe oder einem linken Seitenspiegel ausgebildet ist) mit einer
Mittellinie der Garage fluchtet. Der Moduswählschalter 37 wird betätigt, um
den Rückwärtslinksparkmodus zu wählen, und der
Parkautomatikstartschalter S&sub8; wird eingeschaltet, um den automatischen Parksteuerbetrieb zu
starten. Während der automatische Parksteuerbetrieb ausgeführt wird, zeigt die
Betriebsanzeigevorrichtung 11 die gegenwärtige Position des Fahrzeugs,
das Fahrzeug umgebende Hindernisse, eine Parkposition, eine erwartete
Ortskurvenbewegung des Fahrzeugs von der Startposition zu der
Parkposition, eine Wendeposition, an der die Vorwärtsbewegung in die
Rückwärtsbewegung wechselt, etc., und gleichzeitig erhält der Fahrer verschiedene
Anweisungen, wie etwa Bedienungen des Wählhebels 10 an der
Rückwärtsposition, durch eine Stimme vom Lautsprecher sowie einen Alarm.
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Aufgrund des automatischen Parksteuerbetriebs löst der Fahrer das
Bremspedal 9 und lässt das Fahrzeug V kriechen. Daher werden, ohne das
Lenkrad 1 betätigen zu müssen, die Vorderräder Wf, Wf auf der Basis der Daten
des vom Moduswählschalter 37 gewählten Rückwärtslinksparkmodus
automatisch gelenkt. D. h., während sich das Fahrzeug V von der Startposition
(1) zu der Wendeposition (2) vorwärts bewegt, werden die Vorderräder Wf,
Wf automatisch nach rechts gelenkt, und während sich das Fahrzeug V von
der Wendeposition (2) zu einer Zielposition (3) rückwärts bewegt, werden
die Vorderräder Wf, Wf automatisch nach links gelenkt.
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Wie aus Fig. 2B ersichtlich, berechnet, während die automatische Lenkung
ausgeführt wird, das Steuergerät 22 eine Abweichung E = (θref - θ) auf der
Basis des aus dem Speichermittel 23 ausgelesenen Standardllenkwinkels
θref in dem Rückwärtslinksparkmodus und des vom Lenkwinkel-
Erfassungsmittel S&sub1; eingegebenen Lenkwinkels θ und steuert den Betrieb
des Lenkaktuators 7, so dass die Abweichung E 0 wird. Hierbei sind die
Daten des Standardlenkwinkels θref entsprechend der Fahrwegstrecke X
des Fahrzeugs V gesetzt worden. Obwohl eine kleine Abweichung in der
Fahrzeuggeschwindigkeit beim Kriechen des Fahrzeugs vorhanden ist,
bewegt sich daher das Fahrzeug immer entlang der oben beschriebenen
Bewegungsortskurve.
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Die automatische Parksteuerung wird ausgeführt, während der Fahrer das
Bremspedal 9 niederdrückt und das Fahrzeug kriecht. Falls somit der Fahrer
ein Hindernis wahrnimmt, kann er das Bremspedal 9 schnell niederdrücken,
um das Fahrzeug zu stoppen.
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Die automatische Parksteuerung wird aufgehoben, wenn der Fahrer den
Moduswählschalter S&sub7; ausschaltet, sowie, wenn der Fahrer seinen Fuß von
dem Bremspedal 9 wegbewegt, wenn der Fahrer das Lenkrad 1 betätigt,
oder wenn von einem der Objekterfassungsmittel S&sub6; ein Hindernis erfasst
wird. Dann wird die normale Servolenksteuerung wieder aufgenommen.
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Ferner ist nachfolgend die Situation beschrieben, wenn der Fahrer das
Lenkrad 1 betätigt, um die automatische Parksteuerung zu unterbrechen. Wenn
der Fahrer während des automatischen Lenksteuerbetriebs ein Hindernis
entdeckt hat oder wenn der Fahrer seinen Kurs zu ändern wünscht, kann er
das Lenkrad 1 betätigen. Dann erfasst das Lenkdrehmoment-
Erfassungsmittel S&sub2; das Lenkdrehmoment, das durch die Lenkbetätigung
des Fahrers erzeugt wird, wodurch das Steuergerät 22 den automatischen
Lenksteuerbetrieb unterbricht und den Betrieb zu dem normalen
Servolenksteuerbetrieb wechselt. Dies vermeidet eine Störung zwischen dem
automatischen Lenken und dem Lenken durch Betätigung des Fahrers, was
es möglich macht, Hindernissen schnell auszuweichen. Übrigens braucht
kein besonderer Schaltvorgang ausgeführt werden, um den automatischen
Lenksteuerbetrieb zu unterbrechen, was den Komfort verbessert.
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Wenn der automatische Lenksteuerbetrieb zu dem Servolenksteuerbetrieb
wechselt, infolge der Tatsache, dass der Fahrer das Lenkrad 1 während des
automatischen Lenksteuerbetriebs betätigt hat, wird der Steuerbetrag des
Lenkaktuators 7 von einem Steuerbetrag in dem automatischen
Lenksteuerbetrieb zu einem Steuerbetrag in dem Servolenksteuerbetrieb geändert.
Wenn der Steuerbetrieb plötzlich geändert wird, wie in Fig. 4 mit der
durchgehenden Linie angegeben, ändert sich die Lenkreaktion abrupt, während
das Lenkrad 1 betätigt wird, und der Fahrer könnte eine Inkompatibilität
fühlen.
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Wenn der Steuerbetrag des Lenkaktuators 7 abnimmt - einhergehend mit
dem Betriebswechsel von der automatischen Lenksteuerung zu der
Servolenksteuerung -, wird der Steuerbetrag von einem Wert der automatischen
Lenksteuerung hinunter zu einem Wert der Servolenksteuerung über den
Verlauf einer vorbestimmten Zeitdauer t&sub0;, wie in Fig. 4A gezeigt, linear
gesenkt, so dass die Lenkreaktion, die der Fahrer von dem Lenkrad 1 erhält,
sich nicht plötzlich ändert. Wenn der Steuerbetrag des Lenkaktuators 7
zunimmt - einhergehend mit dem Betriebswechsel von der automatischen
Lenksteuerung zu der Servolenksteuerung -, wird der Steuerbetrag von
einem Wert der automatischen Lenksteuerung bis zu einem Wert der
Servolenksteuerung über den Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer t&sub0;, wie in
Fig. 7B gezeigt, linear erhöht, so dass die Lenkreaktion, die der Fahrer von
dem Lenkrad 1 erhält, sich nicht plötzlich ändert. Dies senkt das Gefühl der
Inkompatibilität, die der Fahrer erhalten könnte, und verhindert ferner, dass
der Lenkwinkel zu stark wird, weil das Lenkrad 1 plötzlich leicht geht, oder
der erforderliche Lenkwinkel nicht erhalten werden kann, weil das Lenkrad 1
plötzlich schwer geht.
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Wenn die vorbestimmte Zeitdauer t&sub0; zu kurz ist, wechselt die Lenkreaktion
plötzlich und der Effekt wird in einem gewissen Grad nicht erhalten. Wenn
andererseits die vorbestimmte Zeitdauer t&sub0; zu lang ist, kann der richtige
Servolenksteuerbetrieb nicht schnell aufgenommen werden. Daher ist es
erwünscht, dass die vorbestimmte Zeitdauer t&sub0; auf z. B. eine Sekunde
gesetzt ist.
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Die vorbestimmte Zeitdauer t&sub0; braucht nicht fixiert sein, sondern kann eine
Funktion der Lenkgeschwindigkeit oder des Lenkdrehmoments sein. D. h.,
wenn die Lenkgeschwindigkeit hoch ist oder das Lenkdrehmoment groß ist,
das ist, wenn eine schnelle Lenkbetätigung ausgeführt wird, kann die
vorbestimmte Zeitdauer t&sub0; verkürzt werden, so dass der automatische
Lenksteuerbetrieb schnell zu dem Servolenksteuerbetrieb wechseln kann, um die
Lenkreaktion zu verbessern. Wenn daher der Fahrer, der während des
automatischen Lenksteuerbetriebs ein Hindernis entdeckt hat, das Lenkrad
1 schnell betätigt, kann die Servolenkfunktion schnell zur Wirkung kommen
und das Hindernis kann zuverlässig vermieden werden.
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Die Lenkgeschwindigkeit wird als zeitdifferenzierter Wert des Lenkwinkels θ
erhalten, der durch das Lenkwinkel-Erfassungsmittel S&sub1; erfasst wird. Daher
hat das Lenkwinkel-Erfassungsmittel S&sub1; in dieser Ausführung auch die
Funktion eines Erfassungsmittels zum Erfassen der Lenkgeschwindigkeit.
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In der obigen Ausführung ist die Bewegungsortskurve des Fahrzeugs V bis
zu der Zielposition vorab in dem Speichermittel 23 gespeichert worden.
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Auch möglich ist es jedoch, die Bewegungsortskurve von der
gegenwärtigen Position des Fahrzeugs V zu der Zielposition zu berechnen.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird der zweite Steuerzustand, in dem der
Betrieb des Aktuators auf der Basis der Bewegungsortskurve gesteuert
wird, die von dem Bewegungsortskurvensetzmittel gesetzt ist, graduell zu
dem ersten Steuerzustand geändert, in dem der Betrieb des Aktuators auf
der Basis des Lenkdrehmoments gesteuert wird, das vom Fahrer auf das
Lenkrad ausgeübt wird. Daher wird verhindert, dass sich die Lenkreaktion
des Lenkrads plötzlich ändert, und der Fahrer hat nicht das Gefühl von
Inkompatibilität.
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Der zweite Steuerzustand kann zu dem ersten Steuerzustand graduell
geändert werden, was auf einem einfachen Steuerbetrieb beruht.
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Wenn ferner der Fahrer das Lenkrad schnell betätigt hat, um Hindernisse zu
vermeiden, wird der zweite Steuerzustand schnell zu dem ersten
Steuerzustand geändert, was es möglich macht, die Hindernisse schnell zu
vermeiden.