CN111791944A - 转向系统 - Google Patents

Abstract

一种转向系统，包括车辆的电动机(18)、检测器(12)和控制器(202)。控制器(202)被配置成通过切换自主转向模式、手动转向模式和协作转向模式来控制电动机(18)。控制器(202)被配置成：在预测到在自主转向模式的控制期间将转向模式切换到手动转向模式的状况并且在比所述状况的发生早了第一预定时间的时间点处发送了手动转向请求或者在车辆到达要发生所述状况的地点之前的第一预定距离处的地点时发送了手动转向请求的情况下，无条件地或者在满足预定条件时以协作转向模式来控制电动机(18)。

Description

转向系统

技术领域

本发明涉及转向系统。

背景技术

WO 2014/162769公开了一种电动助力转向系统，其包括转矩控制器、目标转向角生成器、校正器、转向角控制器和切换器。转矩控制器输出用于手动转向控制的第一电动机电流命令值(手动转向命令值)。目标转向角生成器生成用于自主转向控制的目标转向角。校正器对目标转向角进行校正。转向角控制器输出用于自主转向控制的第二电动机电流命令值(自主转向命令值)。

转矩控制器基于转向转矩和车速输出第一电动机电流命令值。校正器包括目标转向角校正器和校正输出器，并且基于转向转矩来校正目标转向角。转向角控制器基于由校正器校正的目标转向角、实际转向角和电动机角速度来输出第二电动机电流命令值。切换器基于切换命令来切换第一电动机电流命令值和第二电动机电流命令值。基于来自切换器的电动机电流命令值来控制电动机。

即，WO 2014/162769公开了基于切换命令来切换基于第一电动机电流命令值来控制电动机的手动转向模式和基于第二电动机电流命令值来控制电动机的自主转向模式。

发明内容

在WO 2014/162769描述的发明中，响应于预测到在自主转向模式的控制期间将转向模式切换到手动转向模式的状况，会将转向模式从自主转向模式立即切换到手动转向模式。如果响应于预测到在自主转向模式的控制期间将转向模式切换到手动转向模式的状况而将转向模式从自主转向模式立即切换到手动转向模式，但是驾驶员还没有做好充分的准备以手动转向模式进行驾驶，则转向可能是不合适的。

本发明提供一种转向系统，在该转向系统中，响应于预测到在自主转向模式的控制期间将转向模式切换到手动转向模式的状况，驾驶员可以适当地控制转向。

根据本发明的一个方面的转向系统包括电动机、检测器和控制器。电动机被配置成使车辆的转向轮转向。检测器被配置成检测由驾驶员执行的转向操作。控制器被配置成通过切换自主转向模式、手动转向模式和协作转向模式来控制电动机，其中，在自主转向模式下，基于自主转向命令值来控制电动机，在手动转向模式下，基于与由驾驶员执行的转向操作相对应的手动转向命令值来控制电动机，在协作转向模式下，基于合并了自主转向命令值和手动转向命令值两者的协作转向命令值来控制电动机。控制器被配置成：在预测到在自主转向模式的控制期间将转向模式切换到手动转向模式的状况并且在比该状况的发生早了第一预定时间的时间点处发送了手动转向请求或者在车辆到达要发生所述状况的地点之前的第一预定距离处的地点时发送了手动转向请求的情况下，无条件地或者在满足预定条件时以协作转向模式来控制电动机。

在根据本发明的一个方面的转向系统中，在输出了手动转向请求的情况下，无条件地或者在满足预定条件时将转向模式从自主转向模式切换到协作转向模式。在转向模式被切换到协作转向模式时，手动转向可以连同自主转向一起执行。因此，可以响应于预测到在自主转向模式下的控制期间将转向模式切换到手动转向模式来执行适当的转向控制。

在根据本发明的一个方面的转向系统中，控制器可以被配置成使得：当发送了手动转向请求时，基于驾驶员清醒度(arousal level)对手动转向命令值进行加权并且使用加权的手动转向命令值来以协作转向模式对电动机进行控制。在根据本发明的一方面的转向系统中，预定条件可以是驾驶员清醒度等于或高于预定阈值的条件。

在根据本发明的一个方面的转向系统中，控制器可以被配置成：在输出手动转向请求之后在比所述状况的发生早了第二预定时间的时间点之前未检测到驾驶员的转向操作的情况下或者在输出手动转向请求之后在车辆到达要发生所述状况的地点之前的第二预定距离处的地点之前未检测到驾驶员的转向操作的情况下，输出用于生成使车辆移动至预定停止位置并且使车辆在预定停止位置处停止的自主转向命令值的自动停止请求。

在根据本发明的一个方面的转向系统中，控制器可以被配置成基于由驾驶员执行的操作将电动机的控制模式切换到手动转向模式。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：

图1是示出应用了根据本发明的实施方式的转向系统的电动助力转向系统的整体配置的示意图；

图2是用于描述电动机控制ECU(电子控制单元)的电气配置的框图；

图3是示出手动转向命令值生成器的配置的示例的框图；

图4是示出辅助转矩命令值T_ac相对于转向转矩T_d的设置示例的曲线图。

图5是示出在命令值设置器中使用的参考电动助力转向(electric powersteering，EPS)模型的示例的示意图；

图6是示出角度控制器的配置的示例的框图；

图7是用于描述第二设置器的操作的概况的示意图；

图8是用于描述要由第二设置器执行的权重设置处理的过程的示例的流程图；以及

图9是用于描述要由第二设置器执行的权重设置处理的修改示例的流程图。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的实施方式。图1是示出应用了根据本发明的实施方式的转向系统的电动助力转向系统的整体配置的示意图。电动助力转向系统1包括方向盘2、转向操作机构4和转向辅助机构5。方向盘2是用于使车辆转向的转向构件。转向操作机构4与方向盘2的旋转相关联地使转向轮3转向。转向辅助机构5辅助驾驶员的转向操作。方向盘2和转向操作机构4经由转向轴6和中间轴7机械地耦接在一起。

转向轴6包括输入轴8和输出轴9。输入轴8耦接至方向盘2。输出轴9耦接至中间轴7。输入轴8和输出轴9经由扭杆(torsion bar)10彼此耦接以便能够相对于彼此旋转。转矩传感器12布置在扭杆10附近。转矩传感器12基于输入轴8与输出轴9之间的相对旋转位移量来检测施加至方向盘2的转向转矩(扭杆转矩)T_d。在该实施方式中，由转矩传感器12检测的转向转矩T_d取例如正值作为用于向左转向的转矩，并且取负值作为用于向右转向的转矩。随着转向转矩T_d的绝对值增加，转向转矩T_d的量值增加。转矩传感器12是根据本发明的“被配置成检测由驾驶员执行的转向操作的检测器”的示例。

转向操作机构4是包括用作转向操作轴的齿条轴14和小齿轮轴13的齿条齿轮机构。转向轮3经由拉杆15和转向节臂(未示出)分别耦接至齿条轴14的端部。小齿轮轴13耦接至中间轴7。小齿轮轴13与方向盘2的转向操作相关联地旋转。小齿轮16耦接至小齿轮轴13的远端。

齿条轴14沿着车辆的横向方向线性延伸。在齿条轴14的轴向方向的中间形成有齿条17。齿条17与小齿轮16啮合。小齿轮16和齿条17将小齿轮轴13的旋转转换成齿条轴14的轴向运动。通过齿条轴14的轴向运动，可以使转向轮3转向。

当方向盘2被转向(旋转)时，旋转经由转向轴6和中间轴7被传递至小齿轮轴13。小齿轮16和齿条17将小齿轮轴13的旋转转换为齿条轴14的轴向运动。从而，使转向轮3转向。转向辅助机构5包括电动机18和减速器19。电动机18产生转向辅助力(辅助转矩)。减速器19将从电动机18输出的转矩放大，并且将该转矩传递至转向操作机构4。减速器19由蜗轮机构构成，该蜗轮机构包括蜗杆20以及与蜗杆20啮合的蜗轮21。减速器19被容纳在作为传动机构壳体的齿轮壳体22中。

减速器19的减速比(齿轮速比)在下文中可以由“N”表示。减速比N被定义为蜗杆角θ_wg与蜗轮角θ_ww的比率(θ_wg/θ_ww)。蜗杆角θ_wg是蜗杆20的旋转角度。蜗轮角θ_ww是蜗轮21的旋转角度。通过电动机18驱动蜗杆20旋转。蜗轮21被耦接至输出轴9以便能够与输出轴9一起旋转。

当通过电动机18驱动蜗杆20旋转时，也驱动蜗轮21旋转。因此，将电动机转矩施加至转向轴6，从而转向轴6(输出轴9)旋转。转向轴6的旋转经由中间轴7传递至小齿轮轴13。小齿轮轴13的旋转被转换成齿条轴14的轴向运动。从而，使转向轮3转向。即，在通过电动机18驱动蜗杆20旋转时，能够辅助转向并且能够通过电动机18使转向轮3转向。电动机18设置有被配置成检测电动机18的转子的旋转角的旋转角传感器23。

要施加至输出轴9(电动机18的驱动目标的示例)的转矩包括由电动机18产生的电动机转矩以及除了电动机转矩之外的干扰转矩。除了电动机转矩之外的干扰转矩T_lc包括转向转矩T_d、道路负载转矩(道路反作用转矩)T_r1和摩擦转矩T_f。转向转矩T_d通过由驾驶员施加至方向盘2的力、由转向惯性产生的力等从方向盘2施加至输出轴9。

道路负载转矩T_r1通过轮胎中产生的自对准转矩、通过悬架或轮胎/车轮对准产生的力、齿条齿轮机构的摩擦力等经由齿条轴14从转向轮3施加至输出轴9。摩擦转矩T_f施加至输出轴9，但是不包括在转向转矩T_d和道路负载转矩T_rl中。

电荷耦合器件(CCD)摄像机25、全球定位系统(GPS)26、雷达27和地图信息存储器28安装在车辆上。CCD摄像机25捕获在车辆行驶方向上车辆前方的道路的图像。GPS 26检测由驾驶员驾驶的车辆的位置。雷达27检测道路形状和障碍物。地图信息存储器28存储地图信息。内部摄像机29和三个模式开关31、32和33进一步安装在车辆上。内部摄像机29捕获驾驶员的图像。模式开关31、32和33用于手动切换转向模式。

如稍后所述，转向模式包括手动转向模式、自主转向模式和协作转向模式。在手动转向模式下，通过手动驾驶执行转向操作。在自主转向模式下，通过自主驾驶来执行转向操作。在协作转向模式下，可以基于手动驾驶以及自主驾驶来执行转向操作。稍后描述转向模式的定义的更多细节。CCD摄像机25、GPS 26、雷达27、地图信息存储器28、内部摄像机29以及模式开关31、模式开关32和模式开关33连接至被配置成执行驾驶辅助控制和自主驾驶控制的较高层级电子控制单元(ECU)201。例如，较高层级ECU 201识别周围环境，估计由驾驶员驾驶的车辆的位置，基于通过CCD摄像机25、GPS 26和雷达27获得的信息以及基于地图信息来执行路线规划，执行转向，确定驱动致动器的目标控制值，以及设置用于自主转向的自主转向命令值θ_adac。

在该实施方式中，自主转向控制是例如用于使车辆沿着目标轨迹行驶的控制。自主转向命令值θ_adac是用于使车辆沿着目标轨迹自主行驶的转向角的目标值。用于设置自主转向命令值θ_adac的处理是公知的，因此在此省略详细说明。较高层级ECU 201基于由内部摄像机29捕获的驾驶员的图像来确定驾驶员的清醒度α。在该实施方式中，清醒度α取0以上1以下的值。当驾驶员在睡觉时，清醒度α为0。当驾驶员完全清醒时，清醒度α为1。较高层级ECU 201可以通过不同的方法来确定驾驶员的清醒度α。

响应于模式开关31、32或33的操作，较高层级ECU 201生成模式设置信号S₁、S₂或S₃。响应于预测到在自主转向模式的控制期间将转向模式切换到手动转向模式的状况，较高层级ECU 201在比该状况的发生早了第一预定时间的时间点处通过例如声音或屏幕显示来针对驾驶员生成手动转向请求(接管请求(take-over request))TOR，或者在车辆到达要发生所述状况的地点之前的第一预定距离处的地点时生成TOR。在自主转向模式的控制期间将转向模式切换到手动转向模式的状况的示例包括车辆从允许自主驾驶的区域移动到禁止自主驾驶的区域的状况。

由较高层级ECU 201设置的自主转向命令值θ_adac、由较高层级ECU 201确定的驾驶员清醒度α、由较高层级ECU 201生成的模式设置信号S₁、S₂或S₃、以及由较高层级ECU 201生成的手动转向请求TOR经由车载网络被发送至电动机控制ECU 202。由转矩传感器12检测的转向转矩T_d和从旋转角传感器23输出的信号被输入至电动机控制ECU 202。电动机控制ECU202基于输入的信号和从较高层级ECU 201发送的信息来控制电动机18。电动机控制ECU202是根据本发明的“被配置成控制电动机的控制器”的示例。

如稍后所述，可以将自动停止请求S_stop从电动机控制ECU 202发送至较高层级ECU201。发送自动停止请求S_stop以使较高层级ECU 201生成用于使车辆移动至预定的停止位置并且使车辆在该停止位置处停止的自主转向命令值。图2是用于描述电动机控制ECU 202的电气配置的框图。电动机控制ECU 202包括微型计算机50、驱动电路(逆变器电路)41和电流检测电路42。驱动电路41受微型计算机50控制，并且将电力传送至电动机18。电流检测电路42检测流经电动机18的电流(以下称为“电动机电流I”)。

微型计算机50包括中央处理单元(CPU)和存储器(例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器)。微型计算机50通过执行预定程序而用作多个功能处理单元。功能处理单元包括手动转向命令值生成器51、第一权重乘法器52、第二权重乘法器53、协作转向命令值计算器54、角度控制器55和权重设置器56。

当驾驶员操作方向盘2时，响应于方向盘操作，手动转向命令值生成器51将转向角(准确地说，输出轴9的旋转角θ)设置成手动转向命令值θ_mdac。手动转向命令值生成器51通过使用由转矩传感器12检测的转向转矩T_d来生成手动转向命令值θ_mdac。

第一权重乘法器52将由手动转向命令值生成器51生成的手动转向命令值θ_mdac与由权重设置器56设置的第一权重W_md相乘。第二权重乘法器53将由较高层级ECU 201设置的自主转向命令值θ_adac与由权重设置器56设置的第二权重W_ad相乘。权重W_md和W_ad中的每一个取0以上且1以下的值。

协作转向命令值计算器54通过将由第二权重乘法器53加权的自主转向命令值W_ad·θ_adac与由第一权重乘法器52加权的手动转向命令值W_md·θ_mdac相加来计算协作转向命令值θ_acmd(＝W_md·θ_mdac+W_ad·θ_adac)。角度控制器55基于协作转向命令值θ_acmd对电动机18执行角度反馈控制。更具体地，角度控制器55控制驱动电路41的驱动以使得转向角θ更接近协作转向命令值θ_acmd。

权重设置器56基于从较高层级ECU 201发送的模式设置信号S₁、模式设置信号S₂或模式设置信号S₃、手动转向请求TOR和驾驶员清醒度α以及由转矩传感器12检测的转向转矩T_d来设置第一权重W_md和第二权重W_ad。稍后对权重设置器56的细节进行描述。自主转向模式是仅基于自主转向命令值θ_adac来控制电动机18的转向模式。手动转向模式是仅基于手动转向命令值θ_mdac来控制电动机18的转向模式。协作转向模式是基于合并了自主转向命令值θ_adac和手动转向命令值θ_mdac两者的协作转向命令值θ_acmd来控制电动机18的转向模式。

换句话说，自主转向模式是第一权重W_md为0并且第二权重W_ad大于0的转向模式。手动转向模式为第一权重W_md大于0并且第二权重W_ad为0的转向模式。协作转向模式是第一权重W_md大于0并且第二权重W_ad大于0的转向模式。即，协作转向命令值θ_acmd意指在第一权重W_md大于0并且第二权重W_ad大于0的情况下所计算的协作转向命令值。

当驾驶员将第一模式开关31接通时，较高层级ECU 201输出用于将转向模式设置成协作转向模式的协作转向模式设置信号S₁。当驾驶员将第二模式开关32接通时，较高层级ECU 201输出用于将转向模式设置成自主转向模式的自主转向模式设置信号S₂。当驾驶员将第三模式开关33接通时，较高层级ECU 201输出用于将转向模式设置成手动转向模式的手动转向模式设置信号S₃。

图3是示出手动转向命令值生成器51的配置的示例的框图。手动转向命令值生成器51包括辅助转矩命令值设置器61和命令值设置器62。辅助转矩命令值设置器61对作为手动操作所需的辅助转矩的目标值的辅助转矩命令值T_ac进行设置。辅助转矩命令值设置器61基于由转矩传感器12检测的转向转矩T_d对辅助转矩命令值T_ac进行设置。图4示出辅助转矩命令值T_ac相对于转向转矩T_d的设置示例。

当转向转矩T_d为正值时，辅助转矩命令值T_ac取正值，并且电动机18产生用于向左转向的转向辅助力。当转向转矩T_d为负值时，辅助转矩命令值T_ac取负值，并且电动机18产生用于向右转向的转向辅助力。设置辅助转矩命令值T_ac以使得其绝对值随着转向转矩T_d的绝对值的增加而增加。

辅助转矩命令值设置器61可以通过将转向转矩T_d与预设常数相乘来计算辅助转矩命令值T_ac。在该实施方式中，命令值设置器62通过使用参考EPS模型来设置手动转向命令值θ_mdac。图5是示出要在命令值设置器62中使用的参考EPS模型的示例的示意图。

参考EPS模型是包括下柱(lower column)的单个惯性模型。在图5中，J_c代表下柱的惯性，θ_c代表下柱的旋转角度，并且T_d代表转向转矩。转向转矩T_d、转矩N·T_m和道路负载转矩T_r1被施加至下柱。转矩N·T_m从电动机18作用在输出轴9上。道路负载转矩T_r1通过使用弹簧刚度k和粘性阻尼系数c由表达式(1)表示。

T_rl＝-k·θ_c-c(dθ_c/dt) (1)

在该实施方式中，通过实验、分析等预先获得的预定值被设置成弹簧刚度k和粘性阻尼系数c。参考EPS模型的运动方程由表达式(2)表示。

J_c·d²θ_c/dt²＝T_d+N·T_m-k·θ_c-c(dθ_c/dt) (2)

命令值设置器62通过将由转矩传感器12检测的转向转矩T_d作为T_d代入表达式(2)中，并且将由辅助转矩命令值设置器61设置的辅助转矩命令值T_ac作为N·T_m代入表达式(2)中，并且求解表达式(2)的微分方程，来计算下柱的旋转角θ_c。命令值设置器62将所获得的下柱的旋转角θ_c设置为手动转向命令值θ_mdac。

图6是示出角度控制器55的配置的示例的框图。角度控制器55包括角度偏差计算器71、比例微分(PD)控制器72、电流命令值计算器73、电流偏差计算器74、比例积分(PI)控制器75、脉宽调制(PWM)控制器76、旋转角计算器77和减速比除法器78。旋转角计算器77基于从旋转角传感器23输出的信号来计算电动机18的转子旋转角θ_m。减速比除法器78通过将转子旋转角θ_m除以减速比N来将由旋转角计算器77计算的转子旋转角θ_m转换为输出轴9的旋转角(实际转向角)θ。

角度偏差计算器71计算协作转向命令值θ_acmd与实际转向角θ之间的偏差Δθ(＝θ_acmd-θ)。PD控制器72通过对由角度偏差计算器71计算的角度偏差Δθ执行比例微分计算(PD计算)来计算电动机18的转矩命令值T_m。电流命令值计算器73通过将由PD控制器72计算的转矩命令值T_m除以电动机18的转矩常数K_t来计算电动机电流命令值I_cmd。

电流偏差计算器74计算由电流命令值计算器73获得的电动机电流命令值I_cmd与由电流检测电路42检测的电动机电流I之间的偏差ΔI(＝I_cmd-I)。PI控制器75通过对由电流偏差计算器74计算的电流偏差ΔI执行比例积分计算(PI计算)来生成驱动命令值。使用该驱动命令值以使得流经电动机18的电动机电流I导致(lead to)电动机电流命令值I_cmd。PWM控制器76以与驱动命令值相对应的占空比生成PWM控制信号，并且将PWM控制信号发送至驱动电路41。从而，将与驱动命令值相对应的电力传递至电动机18。

再参照图2描述权重设置器56的操作。权重设置器56包括第一设置器81和第二设置器82。第一设置器81基于从较高层级ECU 201发送的模式设置信号S₁、S₂或S₃来设置第一权重W_md和第二权重W_ad。第一设置器81是根据本发明的“切换器”的示例。第二设置器82基于从较高层级ECU 201发送的手动转向请求TOR和驾驶员清醒度α以及由转矩传感器12检测的转向转矩T_d来设置第一权重W_md和第二权重W_ad。

首先，描述第一设置器81的操作。当输入协作转向模式设置信号S₁时，第一设置器81将第一权重W_md和第二权重W_ad设置成1。当输入自主转向模式设置信号S₂时，第一设置器81将第一权重W_md设置成0并且将第二权重W_ad设置成1。当输入手动转向模式设置信号S₃时，第一设置器81将第一权重W_md设置成1并且将第二权重W_ad设置成0。

第一设置器81可以在第一权重W_md从0到1变化时逐渐增加第一权重W_md，或者可以在第一权重W_md从1到0变化时逐渐减小第一权重W_md。类似地，第一设置器81可以在第二权重W_ad从0到1变化时逐渐增加第二权重W_ad；或者可以在第二权重W_ad从1到0变化时逐渐减小第二权重W_ad。

接下来，描述第二设置器82的操作。以下将手动转向请求TOR简称为TOR。首先，参照图7描述第二设置器82的操作的概况。在图7中，区域E₁是允许自主驾驶的区域的一部分，并且区域E₂是禁止自主驾驶的区域的一部分。在图7中，当车辆100在允许自主驾驶的区域E₁中以自主转向模式向右行驶时，区域E₁与区域E₂之间的边界B是发生“在自主转向模式的控制期间将转向模式切换到手动转向模式的状况”的点(以下称为“预计的手动转向转换点B”)。

当基于由CCD摄像机25、GPS 26和雷达27获得的信息并基于地图信息预测到车辆100正在接近预计的手动转向转换点B时，较高层级ECU 201在比车辆100到达预计的手动转向转换点B早了第一预定时间T₁的时间点处生成TOR，或者在车辆100到达预计的手动转向转换点B之前的第一预定距离L₁处的地点时生成TOR。在该示例中，较高层级ECU 201在车辆100到达图7中的点A时生成TOR。

当接收到TOR时，第二设置器82原则上将第一权重W_md设置成1。从而，将转向模式从自主转向模式切换到协作转向模式。在此之后，当在比车辆100到达预计的手动转向转换点B早了第二预定时间T₂的时间点之前检测到驾驶员的转向操作并且然后车辆100到达预计的手动转向转换点B的情况下，或者在车辆100到达预计的手动转向转换点B之前的第二预定距离L₂处的地点之前检测到驾驶员的转向操作并且然后车辆100到达预计的手动转向转换点B的情况下，第二设置器82将第二权重W_ad设置成0。从而，将转向模式从协作转向模式切换到手动转向模式。在这种情况下，车辆100沿着例如由图7中的实线R₁指示的路线行驶。

在图7中，C(点C)表示车辆100在比到达预计的手动转向转换点B早了第二预定时间T₂的时间点所到达的点，或者表示在预计的手动转向转换点B之前的第二预定距离L₂处的点。在下文中，可以将车辆100到达点A之后直至到达点C所需的时间称为第三预定时间T₃，并且将从点A到点C的距离称为第三预定距离L₃。在比车辆100到达预计的手动转向转换点B早了第二预定时间T₂的时间点之前未检测到驾驶员的转向操作的情况下，或者在车辆100到达在预计的手动转向转换点B之前的第二预定距离L₂处的地点之前未检测到驾驶员的转向操作的情况下，第二设置器82将自动停止请求S_stop发送至较高层级ECU 201。当接收到自动停止请求S_stop时，较高层级ECU 201计算路线以使得车辆100移动至路肩等处并且在路肩等处停止，并且生成用于使车辆100沿着路线自主转向的自主转向命令值θ_adac。在这种情况下，车辆100在沿着例如由图7中的虚线R₂指示的路线行驶之后停止。

在该实施方式中，当接收到TOR时，第二设置器82监视从较高层级ECU 201发送的驾驶员清醒度α，并且在接收到TOR之后使第一权重W_md保持在0处直至驾驶员清醒度α等于或高于预定第一阈值α_th1。在比车辆100到达预计的手动转向转换点B早了第二预定时间T₂的时间点之前驾驶员清醒度α等于或高于第一阈值α_th1的情况下，或者在车辆100到达预计的手动转向转换点B之前的第二预定距离L₂处的地点之前驾驶员清醒度α等于或高于第一阈值α_th1的情况下，第二设置器82将第一权重W_md设置成1。从而，将转向模式从自主转向模式切换到协作转向模式。

在比车辆100到达预计的手动转向转换点B早了第二预定时间T₂的时间点之前驾驶员清醒度α并非等于或高于第一阈值α_th1的情况下，或者在车辆100到达预计的手动转向转换点B之前的第二预定距离L₂处的地点之前驾驶员清醒度α并非等于或高于第一阈值α_th1的情况下，第二设置器82将自动停止请求S_stop发送至较高层级ECU 201。在这种情况下，如上所述，使车辆100自主转向以使其移动至路肩等处并且在路肩等处停止。

图8是用于描述要由第二设置器82执行的权重设置处理的过程的示例的流程图。当从较高层级ECU 201接收到TOR时(步骤S1：是)，第二设置器82复位转向标志F(F＝0)(步骤S2)。当在稍后描述的步骤S6中确定驾驶员操作了方向盘(检测到驾驶员的转向操作)时，置位转向标志F(F＝1)。

接下来，第二设置器82确定从较高层级ECU 201发送的驾驶员清醒度α是否等于或高于预定的第一阈值α_th1(步骤S3)。当驾驶员清醒度α等于或高于第一阈值α_th1时(步骤S3：是)，第二设置器82确定驾驶员可以适当地驾驶车辆100，并且将第一权重W_md设置成1(步骤S4)。从而，将转向模式从自主转向模式切换到协作转向模式。在该实施方式中，第一阈值α_th1可以被视为根据本发明的“预定阈值”。

接下来，第二设置器82确定是否置位了转向标志F(F＝1)(步骤S5)。在转向标志F未被置位的情况下(步骤S5：否)，第二设置器82确定驾驶员是否操作了方向盘(步骤S6)。在该实施方式中，基于例如由转矩传感器12检测的转向转矩T_d在时间上的变化量来确定驾驶员是否操作了方向盘。可以采用其他方法来确定驾驶员是否操作了方向盘。

当确定驾驶员操作了方向盘时(步骤S6：是)，第二设置器82置位转向标志F(步骤S7)。第二设置器82确定从在步骤S1中接收到TOR起是否经过了第一预定时间T₁(步骤S8)。当从接收到TOR起未经过第一预定时间T₁时(步骤S8：否)，第二设置器82返回至步骤S2。

当在步骤S5中确定置位了转向标志F时(步骤S5：是)，即当已经检测到驾驶员的转向操作时，第二设置器82行进至步骤S8。当在步骤S8中确定从接收到TOR起经过了第一预定时间T₁时(步骤S8：是)，第二设置器82将第二权重W_ad设置成0(步骤S9)。第二设置器82终止当前的权重设置处理。从而，将转向模式从协作转向模式切换到手动转向模式。

当在步骤S6中确定驾驶员没有操作方向盘时(步骤S6：否)，第二设置器82确定从在步骤S1中接收到TOR起是否经过了第三预定时间T₃(步骤S10)。换句话说，第二设置器82确定是否已经达到第一时间点。第一时间点比车辆100要到达预计的手动转向转换点B的第二时间点早第二预定时间T₂。

当从接收到TOR起未经过第三预定时间T₃时(步骤S10：否)，第二设置器82返回至步骤S5。当在步骤S10中确定从接收到TOR起经过了第三预定时间T₃时(步骤S10：是)，第二设置器82将自动停止请求S_stop发送至较高层级ECU 201(步骤S11)，并且然后终止当前的权重设置处理。在这种情况下，如上所述，使车辆100自主转向以便使其移动至路肩等处并且在路肩等处停止。

当在步骤S3中确定驾驶员清醒度α低于第一阈值α_th1时(步骤S3：否)，第二设置器82确定从在步骤S1中接收到TOR起是否经过了第三预定时间T₃(步骤S12)。当从接收到TOR起未经过第三预定时间T₃时(步骤S12：否)，第二设置器82返回至步骤S3。

当在步骤S12中确定从接收到TOR起经过了第三预定时间T₃时(步骤S12：是)，第二设置器82将自动停止请求S_stop发送至较高层级ECU 201(步骤S11)，并且然后终止当前的权重设置处理。因此，如上所述，通过自主转向将车辆100引导至路肩等并且在路肩等处停止。

在该实施方式中，在第二设置器82接收到TOR之后并且在经过第三预定时间T₃之前，在满足驾驶员清醒度α等于或高于第一阈值α_th1的条件的情况下，将转向模式从自主转向模式切换到协作转向模式。因此，可以连同自主转向一起执行手动转向。从而，驾驶员可以在预计的手动转向转换点B处将转向模式切换到手动转向模式之前为手动驾驶做准备。

在接收到TOR之后，直到驾驶员清醒度α等于或高于第一阈值α_th1，才允许自主转向。因此，可以在驾驶员不能适当驾驶车辆100时禁止驾驶员执行手动转向。当在驾驶员不能适当驾驶车辆100的状态下经过了第三预定时间T₃时，可以通过自主转向将车辆100引导至安全的地方并且在安全的地方处停止。

也可以在如下情况下通过自主转向将车辆100引导至安全的地方并且在安全的地方处停止：在接收到TOR之后并且在经过第三预定时间T₃之前驾驶员清醒度α等于或高于第一阈值α_th1，但是在接收到TOR之后并且在经过第三预定时间T₃之前未检测到驾驶员的转向操作。图8的步骤S3和S12的处理可以省略。在这种情况下，第二设置器82在执行了图8的步骤S2的处理时行进至步骤S4。在这种情况下，当接收到TOR时，无条件地将转向模式设置成协作转向模式。

图9是用于描述要由第二设置器82执行的权重设置处理的修改示例的流程图。当从较高层级ECU 201接收到TOR时(步骤S21：是)，第二设置器82复位转向标记F(F＝0)(步骤S22)。接下来，第二设置器82基于从较高层级ECU 201发送的驾驶员清醒度α来设置第一权重W_md(步骤S23)。

第二设置器82随着清醒度α增加而将第一权重W_md设置成大的值。例如，第二设置器82可以将清醒度α设置成第一权重W_md，或者可以基于预定的关系表达式W_md＝F(α)来设置第一权重W_md。当在步骤S23中设置的第一权重W_md大于0时，转向模式是协作转向模式。假设第二阈值α_th2是第一权重W_md大于0时的清醒度α的最小值，则在该修改示例中，第二阈值α_th2可以被视为根据本发明的“预定阈值”。

可以将要在步骤S23中设置的第一权重W_md的最小值设置成大于0且小于1的预定值。当在这种情况下接收到TOR时，无条件地将转向模式设置成协作转向模式。接下来，第二设置器82确定是否置位了转向标志F(F＝1)(步骤S24)。在未置位转向标志F的情况下(步骤S24：否)，第二设置器82确定驾驶员是否操作了方向盘(步骤S25)。在该实施方式中，基于由转矩传感器12检测的转向转矩T_d在时间上的变化量来确定驾驶员是否操作了方向盘。

当确定驾驶员操作了方向盘时(步骤S25：是)，第二设置器82置位转向标志F(步骤S26)。第二设置器82确定从在步骤S21中接收到TOR起是否经过了第一预定时间T₁(步骤S27)。当从接收到TOR起未经过第一预定时间T₁时(步骤S27：否)，第二设置器82返回至步骤S22。从而，转向标志F被复位(F＝0)，基于驾驶员清醒度α再次设置第一权重W_md，并且然后再次执行步骤S24和后续步骤的处理。

当在步骤S24中确定置位了转向标志F时(步骤S24：是)，即，当已经检测到驾驶员的转向操作时，第二设置器82行进至步骤S27。当在步骤S27中确定从接收到TOR起经过了第一预定时间T₁时(步骤S27：是)，第二设置器82将第二权重W_ad设置成0(步骤S28)。第二设置器82终止当前的权重设置处理。从而，将转向模式从协作转向模式切换到手动转向模式。

当在步骤S25中确定驾驶员没有操作方向盘时(步骤S25：否)，第二设置器82确定从在步骤S21中接收到TOR起是否经过了第三预定时间T₃(步骤S29)。换句话说，第二设置器82确定是否已经达到第一时间点。第一时间点比车辆100要到达预计的手动转向转换点B的第二时间点早第二预定时间T₂。

当从接收到TOR起未经过第三预定时间T₃时(步骤S29：否)，第二设置器82返回至步骤S23。从而，基于驾驶员清醒度α再次设置第一权重W_md，并且然后再次执行步骤S24和后续步骤的处理。当在步骤S29中确定从接收到TOR起经过了第三预定时间T₃时(步骤S29：是)，第二设置器82将自动停止请求S_stop发送到较高层级ECU 201(步骤S30)，并且然后终止当前的权重设置处理。在这种情况下，如上所述，使车辆100自主地转向以便将其移动至路肩等处并且在路肩等处停止。

在该修改示例中，在第二设置器82接收到TOR时，基于从较高层级ECU 201发送的驾驶员清醒度α来设置第一权重W_md。当第一权重W_md大于0(清醒度α等于或高于第二阈值α_th2)时，将转向模式设置成协作转向模式。因此，可以连同自主转向一起执行手动转向。从而，与上述实施方式类似，驾驶员可以在预计的手动转向转换点B处将转向模式切换到手动转向模式之前为手动驾驶做准备。

在该修改示例中，当驾驶员清醒度α相对低时，将第一权重W_md设置成相对小的值。因此，可以减小手动转向对协作转向命令值θ_acmd的影响。当驾驶员清醒度α相对高时，将第一权重W_md设置成相对大的值。因此，可以增加手动转向对协作转向命令值θ_acmd的影响。从而，在该修改示例中，可以执行适合于驾驶员清醒度α的协作转向。

同样在该修改示例中，当在接收到TOR之后并且经过第三预定时间T₃之前未检测到驾驶员的转向操作时，可以通过自主转向将车辆100引导至安全位置并在安全位置处停止。尽管以上描述了本发明的实施方式，但是本发明可以基于其他实施方式来执行。

在图8的步骤S8和图9的步骤S27中，第二设置器82确定从接收到TOR起是否经过了第一预定时间T₁，但是可以确定车辆100是否到达预计的手动转向转换点B处(参见图7)。在图8的步骤S10和S12以及图9的步骤S29中，第二设置器82确定从接收到TOR起是否经过了第三预定时间T₃，即，是否已经达到第一时间点。第一时间点比车辆100要到达预计的手动转向转换点B的第二时间点早第二预定时间T₂。第二设置器82可以确定车辆100是否到达点C，点C位于在接收到TOR时车辆100所在的点A前方的第三预定距离L₃处(参见图7)(位于预计的手动转向转换点B后方第二预定距离L₂的点)。

在上述实施方式中，命令值设置器62(参见图3)基于参考EPS模型来设置手动转向命令值θ_mdac，但也可以通过不同的方法设置手动转向命令值θ_mdac。例如，命令值设置器62可以通过使用存储了转向转矩T_d与手动转向命令值θ_mdac之间的关系的映射(map)来设置手动转向命令值θ_mdac。

在上述实施方式中，角度控制器55包括PD控制器72。如果可以执行反馈控制以使得实际转向角θ更接近协作转向命令值θ_acmd，则可以使用诸如PID控制器或PI控制器的任意反馈控制器来代替PD控制器72。在上述实施方式中，手动转向命令值生成器51生成作为角度命令值的手动转向命令值。手动转向命令值生成器可以生成手动转向命令值，该手动转向命令值是手动转向所需的转矩命令值。在这种情况下，可以提供自主转向命令值生成器，以基于由较高层级ECU 201生成的自主转向命令值θ_adac并且基于转向角θ来生成作为自主转向所需的转矩命令值的自主转向命令值，并且基于作为转矩命令值的手动转向命令值和作为转矩命令值的自主转向命令值来生成协作转向命令值。

上述实施方式针对将本发明应用于转向柱助力型(column type)EPS的示例性情况。本发明还可以应用至除了转向柱助力型EPS之外的EPS。本发明还适用于线控转向系统。可以在本发明的主旨内对本发明进行各种其他设计改变。

Claims (5)

1.一种转向系统，其特征在于包括：

电动机(18)，其被配置成使车辆的转向轮转向；

检测器(12)，其被配置成检测由驾驶员执行的转向操作；以及

控制器(202)，其被配置成对所述电动机(18)进行控制，其中：

所述控制器(202)被配置成通过切换自主转向模式、手动转向模式和协作转向模式来控制所述电动机(18)，其中，在所述自主转向模式下，基于自主转向命令值来控制所述电动机(18)，在所述手动转向模式下，基于与由所述驾驶员执行的转向操作相对应的手动转向命令值来控制所述电动机(18)，在所述协作转向模式下，基于合并了所述自主转向命令值和所述手动转向命令值两者的协作转向命令值来控制所述电动机(18)；并且

所述控制器(202)被配置成：在预测到在所述自主转向模式的控制期间将转向模式切换到所述手动转向模式的状况并且在比所述状况的发生早了第一预定时间的时间点处发送了手动转向请求或者在所述车辆到达要发生所述状况的地点之前的第一预定距离处的地点时发送了手动转向请求的情况下，无条件地或者在满足预定条件时以所述协作转向模式来控制所述电动机(18)。

2.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述控制器(202)被配置成使得：在发送了所述手动转向请求时，基于驾驶员清醒度对所述手动转向命令值进行加权并且使用加权的手动转向命令值来以所述协作转向模式对所述电动机(18)进行控制。

3.根据权利要求1或2所述的转向系统，其特征在于，所述预定条件是所述驾驶员清醒度等于或者高于预定阈值的条件。

4.根据权利要求1或2所述的转向系统，其特征在于，所述控制器(202)被配置成：在输出所述手动转向请求之后在比所述状况的发生早了第二预定时间的时间点之前未检测到所述驾驶员的转向操作的情况下或者在输出所述手动转向请求之后在所述车辆到达要发生所述状况的地点之前的第二预定距离处的地点之前未检测到所述驾驶员的转向操作的情况下，输出用于生成使所述车辆移动至预定停止位置并且在所述预定停止位置处停止的自主转向命令值的自动停止请求。

5.根据权利要求1或2所述的转向系统，其特征在于，所述控制器(202)被配置成：基于由所述驾驶员执行的操作将所述电动机(18)的控制模式切换到所述手动转向模式。

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