JP2012126293A - Steering controlling system of vehicle - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steering controlling system of a vehicle capable of obtaining a stable controlling performance regardless of a cargo loading state.SOLUTION: A vehicle mass computing unit 41 calculates the mass of the vehicle by using relative displacements H, H, Hand Hdetected by a displacement sensor 36. A yaw inertia moment computing unit 43 calculates a yaw inertia moment from the mass of the vehicle calculated by the vehicle mass computing unit 41. A state feedback gain computing unit 44 sets a state equation of a steering system of which input amount is a target steering angle by using the mass of the vehicle calculated by the vehicle mass computing unit 41 and the yaw inertia moment I calculated by the yaw inertia moment computing unit 43, sets an evaluation function with respect to the set state equation, and calculates a state feedback gain of which set evaluation function is minimum in accordance with a LQ controlling side. A target steering angle computing unit 45 calculates a target steering angle for causing the vehicle to run in accordance with a target course by using the calculated state feedback gain K.

Description

本発明は、自動操舵制御を実行する車両の操舵制御装置に関する。   The present invention relates to a vehicle steering control device that performs automatic steering control.

特開2010−23682号公報には、車両の操舵系の状態方程式を設定し、車線追従規則として評価関数を設定し、評価関数を最小化する最適なゲインを算出し、算出したゲインを用いて目標操舵角を算出する操舵制御装置が記載されている。   In JP 2010-23682, a state equation of a steering system of a vehicle is set, an evaluation function is set as a lane tracking rule, an optimum gain that minimizes the evaluation function is calculated, and the calculated gain is used. A steering control device for calculating a target steering angle is described.

特開2010−23682号公報JP 2010-23682 A

車両の質量は、積荷の総重量に応じて変動する。特に、トラックなどの貨物車両の場合、積載状態に応じて、車両の質量や重心位置やヨー慣性モーメントが大きく変動する。   The mass of the vehicle varies depending on the total weight of the load. In particular, in the case of a freight vehicle such as a truck, the vehicle mass, the position of the center of gravity, and the yaw moment of inertia vary greatly depending on the loading state.

しかし、上記特許文献1の装置では、車両の質量やヨー慣性モーメントを固定値として状態方程式を設定している。従って、これらの固定値と実際の値との間に大きな隔たりがある場合、車両のヨー方向のふらつきが大きくなり、制御性能や悪化や制御不能を招く恐れがある。   However, in the apparatus of Patent Document 1, the state equation is set with the vehicle mass and the yaw moment of inertia fixed. Therefore, if there is a large gap between these fixed values and actual values, the wobbling of the vehicle in the yaw direction increases, which may lead to control performance, deterioration, and inability to control.

そこで、本発明は、荷物の積載状態に拘わらず、安定した制御性能を得ることが可能な車両の操舵制御装置の提供を目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a vehicle steering control device capable of obtaining stable control performance regardless of the loaded state of a load.

上記目的を達成すべく、本発明の車両の操舵制御装置は、車両質量検知手段と慣性モーメント推定手段とフィードバックゲイン算出手段と操舵制御手段とを備える。   In order to achieve the above object, a vehicle steering control apparatus according to the present invention includes vehicle mass detection means, inertia moment estimation means, feedback gain calculation means, and steering control means.

車両質量検知手段は、車両の質量を検知する。慣性モーメント推定手段は、車両質量検知手段が検知した車両の質量に基づいて、車両のヨー慣性モーメントを推定する。フィードバックゲイン算出手段は、車両質量検知手段が検知した車両の質量と、慣性モーメント推定手段が推定した車両のヨー慣性モーメントとを用いて、目標操舵角を入力量とする状態方程式を設定し、設定した状態方程式に対する評価関数を設定し、設定した評価関数を最小とする状態フィードバックゲインを算出する。操舵制御手段は、算出された状態フィードバックゲインに基づいて、車両の操舵を制御する。   The vehicle mass detection means detects the mass of the vehicle. The inertia moment estimation means estimates the yaw inertia moment of the vehicle based on the vehicle mass detected by the vehicle mass detection means. The feedback gain calculating means sets and sets a state equation using the target steering angle as an input amount using the vehicle mass detected by the vehicle mass detecting means and the yaw inertia moment of the vehicle estimated by the inertia moment estimating means. An evaluation function for the set state equation is set, and a state feedback gain that minimizes the set evaluation function is calculated. The steering control means controls the steering of the vehicle based on the calculated state feedback gain.

上記構成では、フィードバックゲイン算出手段は、車両質量検知手段が検知した車両の質量と、慣性モーメント推定手段が推定した車両のヨー慣性モーメントとを用いて、目標操舵角を入力量とする状態方程式を設定し、設定した状態方程式に対する評価関数を設定し、設定した評価関数を最小とする状態フィードバックゲインを算出する。すなわち、算出される状態フィードバックゲインは、車両の荷物の積載状態に応じた値となる。従って、荷物の積載状態に拘わらず、安定したフィードバック制御による操舵制御を行うことができる。   In the above configuration, the feedback gain calculation means uses the vehicle mass detected by the vehicle mass detection means and the yaw inertia moment of the vehicle estimated by the inertia moment estimation means, and a state equation using the target steering angle as an input amount. Set, set an evaluation function for the set state equation, and calculate a state feedback gain that minimizes the set evaluation function. That is, the calculated state feedback gain is a value corresponding to the loading state of the load on the vehicle. Therefore, it is possible to perform steering control by stable feedback control regardless of the load state of the load.

本発明の操舵制御装置によれば、荷物の積載状態に拘わらず、安定した制御性能を得ることができる。   According to the steering control device of the present invention, stable control performance can be obtained regardless of the load state of the load.

本発明の実施形態に係る操舵制御装置を備えた車両の模式図である。It is a mimetic diagram of vehicles provided with a steering control device concerning an embodiment of the present invention. 図1の操舵制御装置のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of the steering control device of FIG. 1. 図2のコントローラのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of the controller of FIG. 2. 状態フードバックゲインによる制御を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control by a state food back gain. 輪重−変位マップの一例である。It is an example of a wheel load-displacement map. 状態フィードバックゲインの更新処理のフローチャートである。It is a flowchart of the update process of a state feedback gain.

以下、本発明の実施形態を図1〜図6に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、本実施形態に係る車両1は、ステアリングホイール2と、センサ部3と、コントローラ4と、駆動電流出力部5と、操舵アクチュエータ6とを備える。センサ部3と、コントローラ4と、駆動電流出力部5と、操舵アクチュエータ6とは、本実施形態の操舵制御装置を構成する。操舵制御装置は、LQ制御又はLQI制御により、車線を維持して車両1を走行させる自動操舵制御を実行する。   As shown in FIG. 1, the vehicle 1 according to the present embodiment includes a steering wheel 2, a sensor unit 3, a controller 4, a drive current output unit 5, and a steering actuator 6. The sensor unit 3, the controller 4, the drive current output unit 5, and the steering actuator 6 constitute a steering control device of the present embodiment. The steering control device executes automatic steering control that causes the vehicle 1 to travel while maintaining the lane by LQ control or LQI control.

ステアリングホイール2は、車両1の運転室内に設けられ、運転者が操舵入力を行う。   The steering wheel 2 is provided in the driver's cab of the vehicle 1, and a driver inputs steering.

図1〜図3に示すように、センサ部3は、カメラ31及び画像処理ユニット32と、ヨーレートセンサ33と、操舵角センサ34と、車速センサ35と、変位センサ36と、自動操舵スイッチ37を備える。   As shown in FIGS. 1 to 3, the sensor unit 3 includes a camera 31 and an image processing unit 32, a yaw rate sensor 33, a steering angle sensor 34, a vehicle speed sensor 35, a displacement sensor 36, and an automatic steering switch 37. Prepare.

カメラ31は、CCDカメラであり、車両1の進行方向の路面を撮像し、撮像した撮像信号を画像処理ユニット32へ出力する。本実施形態では、車両1の進行路の両側に形成された白線の間の目標進路を自動操舵によって走行するため、カメラ31は、進行方向の路面に形成された白線を撮像する。   The camera 31 is a CCD camera, images the road surface in the traveling direction of the vehicle 1, and outputs the captured image signal to the image processing unit 32. In the present embodiment, the camera 31 images a white line formed on the road surface in the traveling direction in order to travel on the target path between the white lines formed on both sides of the traveling path of the vehicle 1 by automatic steering.

画像処理ユニット32は、カメラ31が撮像した撮像信号を解析して路面の白線を検出する。目標進路とは、車両1が自動操舵によって走行する走行進路であり、路面には、目標進路の両側にそれぞれ沿って白線が付されている。画像処理ユニット32は、検出した白線に基づいて、進行方向の白線と白線との間の中央の位置(進路)を目標進路として検出し、水平面内における目標進路と車両1との距離(横変位)y(m)と、横変位の時間変化である横移動速度y’(m/s)と、目標進路に対する車両1の角度(ヨー角)φ(rad)とを算出し、算出した横移動速度y’と横変位yとヨー角φとをコントローラ4へ出力する。 The image processing unit 32 analyzes the image signal captured by the camera 31 and detects a white line on the road surface. The target route is a travel route on which the vehicle 1 travels by automatic steering, and the road surface is marked with white lines along both sides of the target route. Based on the detected white line, the image processing unit 32 detects the center position (path) between the white line in the traveling direction as the target path, and the distance (lateral displacement) between the target path and the vehicle 1 in the horizontal plane. ) Y c (m), the lateral movement speed y c ′ (m / s), which is the temporal change of the lateral displacement, and the angle (yaw angle) φ (rad) of the vehicle 1 with respect to the target course are calculated and calculated. The lateral movement speed y c ′, the lateral displacement y c and the yaw angle φ are output to the controller 4.

なお、本実施形態では、横変位y、横移動速度y’及びヨー角φ(rad)とを検知するために、カメラ31が撮像した撮像信号を使用するが、これらの検知は、カメラ31の撮像信号に限らず、位置を特定できる他の情報を使用してもよい。例えば、GPSによって検知された情報を受信して、受信した情報に基づいて目標進路と現在位置とを検知してもよい。また、路面に目標進路に沿って予め情報発生装置を設け、当該情報発生装置から目標進路の位置情報を取得して目標進路と現在位置と進行方向とを検知してもよい。また、ヨー角φは、後述するヨーレートセンサ33が検出するヨー角速度φ’の時間積分値として算出してもよい。 In this embodiment, in order to detect the lateral displacement y c , the lateral movement speed y c ′, and the yaw angle φ (rad), the imaging signal captured by the camera 31 is used. Other information that can specify the position is not limited to the 31 imaging signals. For example, information detected by the GPS may be received, and the target course and the current position may be detected based on the received information. Alternatively, an information generation device may be provided in advance along the target route on the road surface, and the position information of the target route may be acquired from the information generation device to detect the target route, the current position, and the traveling direction. The yaw angle φ may be calculated as a time integral value of a yaw angular velocity φ ′ detected by a yaw rate sensor 33 described later.

ヨーレートセンサ33は、旋回走行時に車両1に発生するヨー角速度φ’(ヨーレート:rad/s)を検出し、検出したヨー角速度φ’をコントローラ4へ出力する。   The yaw rate sensor 33 detects a yaw angular velocity φ ′ (yaw rate: rad / s) generated in the vehicle 1 during turning, and outputs the detected yaw angular velocity φ ′ to the controller 4.

操舵角センサ34は、操舵角θ(rad)を検出し、検出した操舵角θをコントローラ4へ出力する。   The steering angle sensor 34 detects the steering angle θ (rad) and outputs the detected steering angle θ to the controller 4.

車速センサ35は、車両1の車速V(m/s)を検出し、検出した車速Vをコントローラ4へ出力する。   The vehicle speed sensor 35 detects the vehicle speed V (m / s) of the vehicle 1 and outputs the detected vehicle speed V to the controller 4.

変位センサ36は、車両1の前後左右の各車輪のサスペンション(図示省略)に対してそれぞれ設けられ、各サスペンションのバネ上とバネ下との間の相対変位(基準長に対する変動量)HFL,HFR,HRL,HRRを検出し、検出した相対変位HFL,HFR,HRL,HRRをコントローラ4へ出力する。 The displacement sensors 36 are respectively provided for the suspensions (not shown) of the front, rear, left and right wheels of the vehicle 1, and the relative displacements (variations with respect to the reference length) H FL , between the sprung and unsprung portions of the suspensions H FR , H RL , and H RR are detected, and the detected relative displacements H FL , H FR , H RL , and H RR are output to the controller 4.

自動操舵スイッチ37は、車両1の運転室内に設けられ、運転者からの操作入力に応じてオン信号とオフ信号とをコントローラ4へ出力する。自動操舵スイッチ37は、電源投入による初期設定時にはオフに設定され、運転者によってオンに設定される。コントローラ4は、自動操舵スイッチ37がオンである場合、後述する自動操舵制御を実行し、オフである場合、自動操舵制御を実行しない。   The automatic steering switch 37 is provided in the cab of the vehicle 1 and outputs an on signal and an off signal to the controller 4 in response to an operation input from the driver. The automatic steering switch 37 is set to off at the time of initial setting upon power-on, and is set to on by the driver. The controller 4 executes automatic steering control described later when the automatic steering switch 37 is on, and does not execute automatic steering control when it is off.

図2に示すように、コントローラ4は、CPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)とを備え、コントローラ4には、センサ部3から各種信号が逐次入力する。ROMには、自動操舵制御プログラムが記憶され、CPUは、自動操舵制御プログラムに従って自動操舵制御処理を実行することによって、車両質量演算部41、重心位置距離演算部42、ヨー慣性モーメント演算部43、状態フィードバックゲイン演算部44、目標操舵角演算部45及び自動操舵電流演算部46として機能する。RAMは、ROMから読み出されたプログラムの展開領域、センサ部3から入力した各種信号(情報)の一時記憶領域、CPUの演算結果の一時記憶領域、及び後述する制御許可フラグの設定領域等として機能する。   As shown in FIG. 2, the controller 4 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory). The controller 4 sequentially receives various signals from the sensor unit 3. input. The ROM stores an automatic steering control program, and the CPU executes an automatic steering control process in accordance with the automatic steering control program, whereby a vehicle mass calculation unit 41, a gravity center position distance calculation unit 42, a yaw inertia moment calculation unit 43, It functions as a state feedback gain calculator 44, a target steering angle calculator 45, and an automatic steering current calculator 46. The RAM is a development area for programs read from the ROM, a temporary storage area for various signals (information) input from the sensor unit 3, a temporary storage area for CPU calculation results, and a control permission flag setting area described later. Function.

車両質量演算部41は、各変位センサ36が検出した相対変位HFL,HFR,HRL,HRRから各車輪7に負荷される荷重(輪重)WFL,WFR,WRL,WRRを求め、求めた各輪重WFL,WFR,WRL,WRRから車両1の質量(総重量)mを算出する。すなわち、各変位センサ36と車両質量演算部41とは、車両1の質量mを検知する車両質量検知手段を構成する。 The vehicle mass calculation unit 41 loads (wheel weight) W FL , W FR , W RL , W loaded on each wheel 7 from the relative displacements H FL , H FR , H RL , H RR detected by each displacement sensor 36. RR is obtained, and the mass (total weight) m of the vehicle 1 is calculated from the obtained wheel weights W FL , W FR , W RL , W RR . That is, each displacement sensor 36 and the vehicle mass calculation unit 41 constitute vehicle mass detection means for detecting the mass m of the vehicle 1.

重心位置距離演算部42は、車両質量演算部41が求めた各輪重WFL,WFR,WRL,WRRと質量mとから、前軸(前側の車軸)と重心位置との距離Lと、後軸(後側の車軸)と重心位置との距離Lとを算出する。 The center-of-gravity position distance calculation unit 42 calculates the distance L between the front axle (front axle) and the center-of-gravity position from each wheel weight W FL , W FR , W RL , W RR obtained by the vehicle mass calculation unit 41 and the mass m. f and a distance L r between the rear axle (rear axle) and the center of gravity are calculated.

ヨー慣性モーメント演算部43は、車両質量演算部41が算出した車両1の質量mからヨー慣性モーメントIを算出する。すなわち、ヨー慣性モーメント演算部43は、車両質量演算部41が算出した車両1の質量mに基づいて車両1のヨー慣性モーメントIを推定する慣性モーメント推定手段を構成する。   The yaw inertia moment calculator 43 calculates the yaw inertia moment I from the mass m of the vehicle 1 calculated by the vehicle mass calculator 41. That is, the yaw inertia moment calculation unit 43 constitutes an inertia moment estimation unit that estimates the yaw inertia moment I of the vehicle 1 based on the mass m of the vehicle 1 calculated by the vehicle mass calculation unit 41.

状態フィードバックゲイン演算部44は、車両質量演算部41が算出した車両1の質量mと、重心位置距離演算部42が算出した前軸と重心位置との距離L及び後軸と重心位置との距離Lと、ヨー慣性モーメント演算部43が算出したヨー慣性モーメントIとを用いて、目標操舵角(操舵角指令値)δを入力量とする操舵系の状態方程式を設定し、設定した状態方程式に対する評価関数を設定し、設定した評価関数を最小とする状態フィードバックゲインKを、LQ制御側に従って算出する。すなわち、状態フィードバックゲイン演算部44は、フィードバックゲイン算出手段を構成する。算出された状態フィードバックゲインKにより、図4に示す構成で車両1の自動操舵制御が実行される。 The state feedback gain calculation unit 44 calculates the mass m of the vehicle 1 calculated by the vehicle mass calculation unit 41, the distance L f between the front axis and the center of gravity position calculated by the center of gravity position distance calculation unit 42, and the rear axis and the center of gravity position. Using the distance Lr and the yaw moment of inertia I calculated by the yaw moment of inertia calculation unit 43, a state equation of the steering system with the target steering angle (steering angle command value) δ as an input amount is set and set. An evaluation function for the equation is set, and a state feedback gain K that minimizes the set evaluation function is calculated according to the LQ control side. That is, the state feedback gain calculation unit 44 constitutes a feedback gain calculation unit. With the calculated state feedback gain K, automatic steering control of the vehicle 1 is executed with the configuration shown in FIG.

目標操舵角演算部45は、状態フィードバックゲイン演算部44が算出した状態フィードバックゲインKを用いて、車両1を目標進路に従って走行させるための目標操舵角δを算出する。   The target steering angle calculation unit 45 uses the state feedback gain K calculated by the state feedback gain calculation unit 44 to calculate a target steering angle δ for causing the vehicle 1 to travel along the target route.

自動操舵電流演算部46は、目標操舵角演算部45が算出した目標操舵角δに基づき、自動操舵電流を算出する。自動操舵電流とは、車両1を目標進路に沿って走行させるために操舵アクチュエータ6を駆動する電流であり、自動操舵電流演算部46が算出し自動操舵電流が駆動電流出力部5に入力する。   The automatic steering current calculator 46 calculates an automatic steering current based on the target steering angle δ calculated by the target steering angle calculator 45. The automatic steering current is a current that drives the steering actuator 6 in order to cause the vehicle 1 to travel along the target path, and is calculated by the automatic steering current calculation unit 46 and input to the drive current output unit 5.

次に、本実施形態の操舵制御装置による自動操舵制御処理について説明する。   Next, automatic steering control processing by the steering control device of the present embodiment will be described.

自動操舵制御処理は、車両重量推定処理と重心位置距離算出処理とヨー慣性モーメント導出処理とフィードバックゲイン算出処理と目標操舵角演算処理とを含む。   The automatic steering control process includes a vehicle weight estimation process, a gravity center position distance calculation process, a yaw inertia moment derivation process, a feedback gain calculation process, and a target steering angle calculation process.

車両重量推定処理は、車両質量演算部41によって実行される。本処理において、車両質量演算部41は、各変位センサ36が検出した相対変位HFL,HFR,HRL,HRRに対応する各輪重WFL,WFR,WRL,WRRを、予め記憶された輪重−変位マップ(図5参照)から求め、求めた各輪重WFL,WFR,WRL,WRRを次式(1)に代入して、車両1の質量(総重量)mを算出する。 The vehicle weight estimation process is executed by the vehicle mass calculation unit 41. In this process, the vehicle mass calculation unit 41 calculates the wheel weights W FL , W FR , W RL , W RR corresponding to the relative displacements H FL , H FR , H RL , H RR detected by the displacement sensors 36, Each wheel weight W FL , W FR , W RL , W RR obtained from a wheel load-displacement map stored in advance (see FIG. 5) is substituted into the following equation (1), and the mass of vehicle 1 (total Weight) m is calculated.

Figure 2012126293
Figure 2012126293

輪重−変位マップは、個々の特性に対応して各車輪7毎に設定されている。また、上記処理は、相対変位HFL,HFR,HRL,HRRから車両1の質量mを簡易に求める場合の例示であり、所定の演算式を用いたりマップと演算式とを併用するなど他の演算方法によって質量mを求めてもよい。また、荷重を直接検出する荷重センサを設けるなど、他の検出値によって質量mを求めてもよい。 The wheel load-displacement map is set for each wheel 7 corresponding to each characteristic. Further, the above processing is an example in a case where the mass m of the vehicle 1 is simply obtained from the relative displacements H FL , H FR , H RL , H RR , and a predetermined arithmetic expression is used or a map and an arithmetic expression are used in combination. The mass m may be obtained by another calculation method. Further, the mass m may be obtained from other detected values such as providing a load sensor that directly detects the load.

重心位置距離算出処理は、重心位置距離演算部42によって実行される。本処理において、重心位置距離演算部42は、車両質量演算部41が求めた各輪重WFL,WFR,WRL,WRRを次式(2)及び(3)に代入して、前軸(前側の車軸)と重心位置との距離Lと、後軸(後側の車軸)と重心位置との距離Lとを算出する。 The gravity center position distance calculation process is executed by the gravity center position distance calculation unit 42. In this processing, the center-of-gravity position distance calculation unit 42 substitutes the wheel weights W FL , W FR , W RL , W RR obtained by the vehicle mass calculation unit 41 into the following expressions (2) and (3), A distance L f between the axis (front axle) and the center of gravity position and a distance L r between the rear axis (rear axle) and the center of gravity position are calculated.

Figure 2012126293
Figure 2012126293

Figure 2012126293
Figure 2012126293

上式(2)及び(3)のWBは、予め記憶された車両1のホイールベースである。   WB in the above formulas (2) and (3) is a wheelbase of the vehicle 1 stored in advance.

ヨー慣性モーメント導出処理は、ヨー慣性モーメント演算部43によって実行される。   The yaw inertia moment derivation process is executed by the yaw inertia moment calculator 43.

車両1が質量Mである場合のヨー平面における慣性モーメント(ヨー慣性モーメント)Iは、簡易的に次式(4)によって表すことができる。 The inertia moment (yaw inertia moment) I Z in the yaw plane when the vehicle 1 has the mass M can be simply expressed by the following equation (4).

Figure 2012126293
Figure 2012126293

上式(4)のLとLとは車両1に固有の値であるため、ヨー慣性モーメントIは、車両1の質量Mに比例することが判る。 Since the L T and L W of the equation (4) is a value unique to the vehicle 1, a yaw inertia moment I Z is seen to be proportional to the mass M of the vehicle 1.

従って、ヨー慣性モーメント演算部43は、車両質量演算部41が算出した車両1の質量mを次式(5)に代入して、ヨー慣性モーメントIを算出する。   Therefore, the yaw inertia moment calculation unit 43 calculates the yaw inertia moment I by substituting the mass m of the vehicle 1 calculated by the vehicle mass calculation unit 41 into the following equation (5).

Figure 2012126293
Figure 2012126293

上式(5)のIは、車両1が質量mである場合のヨー慣性モーメントであり、実験やシミュレーション等によって予め精度良く求められ記憶されている。 I 0 in the above equation (5) is the yaw moment of inertia when the vehicle 1 has the mass m 0 , and is obtained and stored in advance with high accuracy by experiments and simulations.

フィードバックゲイン算出処理は、状態フィードバックゲイン演算部44によって実行される。   The feedback gain calculation process is executed by the state feedback gain calculation unit 44.

一般的な二輪等価モデルを用いると、車両1の状態方程式は、次式(6)によって表すことができる。   When a general two-wheel equivalent model is used, the state equation of the vehicle 1 can be expressed by the following equation (6).

Figure 2012126293
Figure 2012126293

上式(6)の各記号の定義は以下の通りである。   The definition of each symbol of the above formula (6) is as follows.

:前軸から車両重心位置までの距離(m)
:後軸から車両重心位置までの距離(m)
:前輪コーナリングパワー(N/rad)
:後輪コーナリングパワー(N/rad)
φ’:ヨー角速度(rad/s)
φ:ヨー角(rad)
’:横移動速度
:横変位
m:車両1の質量(kg)
I:ヨー慣性モーメント(kg・m
V:車速(m/s)
N:ステアリングギヤ比
θ:操舵角
ここで、操舵角制御を実行するため、操舵角指令値(目標操舵角)δと実際の操舵角θとの間の動特性を次式(7)として定義し、上式(6)を再構築すると次式(8)となる。
L f : Distance from the front axle to the vehicle center of gravity (m)
L r : Distance from rear axle to vehicle center of gravity (m)
C f : front wheel cornering power (N / rad)
C r : Rear wheel cornering power (N / rad)
φ ': Yaw angular velocity (rad / s)
φ: Yaw angle (rad)
y c ′: lateral movement speed y c : lateral displacement m: mass of vehicle 1 (kg)
I: Yaw moment of inertia (kg · m 2 )
V: Vehicle speed (m / s)
N: Steering gear ratio θ: Steering angle Here, in order to execute the steering angle control, the dynamic characteristic between the steering angle command value (target steering angle) δ and the actual steering angle θ is defined as the following equation (7). When the above equation (6) is reconstructed, the following equation (8) is obtained.

Figure 2012126293
Figure 2012126293

Figure 2012126293
Figure 2012126293

上式(7)及び(8)のωは操舵角サーボ系の固有振動数、sはラプラス演算子、ζは操舵角サーボ系の減衰比である。上式(8)のa16とa36とは、それぞれ次式(9)及び(10)である。 In the above equations (7) and (8), ω n is the natural frequency of the steering angle servo system, s is the Laplace operator, and ζ is the damping ratio of the steering angle servo system. In the above formula (8), a 16 and a 36 are the following formulas (9) and (10), respectively.

16=b11=L/(IN) ・・・(9) a 16 = b 11 = L f C f / (IN) (9)

36=b31=C/(mN) ・・・(10) a 36 = b 31 = C f / (mN) (10)

従って、状態フィードバックゲイン演算部44が設定する状態方程式及び出力方程式は、それぞれ次式(11)及び(12)となる。   Therefore, the state equation and the output equation set by the state feedback gain calculation unit 44 are the following equations (11) and (12), respectively.

Figure 2012126293
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Figure 2012126293
Figure 2012126293

上式(11)及び(12)に対して実際に自動操舵制御(車線維持制御)を実施するための状態フィードバックゲインKを、LQ制御側(例えば、リカッチ代数方程式を用いる方法)に従って導出する。ここで、最小とすべき2次形式評価関数Jとして、次式(13)を設定する。   A state feedback gain K for actually executing automatic steering control (lane keeping control) with respect to the above equations (11) and (12) is derived according to the LQ control side (for example, a method using a Riccati algebraic equation). Here, the following formula (13) is set as the secondary form evaluation function J that should be minimized.

Figure 2012126293
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上式(13)のQ及びRは、プラントの特性を考慮して設計者が試行錯誤によって設定する値である。   Q and R in the above equation (13) are values set by a designer through trial and error in consideration of plant characteristics.

このように、状態フィードバックゲイン演算部44は、車両質量演算部41が算出した車両1の質量mと、重心位置距離演算部42が算出した前軸と重心位置との距離L及び後軸と重心位置との距離Lと、ヨー慣性モーメント演算部43が算出したヨー慣性モーメントIとを用いて、目標操舵角(操舵角指令値)δを入力量とする操舵系の状態方程式(上式(8)及び(11))を設定し、設定した状態方程式に対する評価関数J(上式(13))を設定し、設定した評価関数Jを最小とする状態フィードバックゲインKを算出する。 Thus, the state feedback gain calculation unit 44 calculates the mass m of the vehicle 1 calculated by the vehicle mass calculation unit 41, the distance L f between the front axis and the center of gravity position calculated by the center of gravity position distance calculation unit 42, and the rear axis. and the distance L r between the center of gravity position, by using the yaw inertia moment I of yaw inertia moment calculating unit 43 calculates the target steering angle (steering angle command value) the steering system of a state equation of an input quantity [delta] (above formula (8) and (11)) are set, an evaluation function J (the above expression (13)) for the set state equation is set, and a state feedback gain K that minimizes the set evaluation function J is calculated.

目標操舵角演算処理は、目標操舵角演算部45によって実行される。目標操舵角演算部45は、状態フィードバックゲイン演算部44が算出した状態フィードバックゲインK(K,K,K,K)を、例えば次式(14)に代入することによって、車両1を目標進路に従って走行させるための目標操舵角δを算出する。 The target steering angle calculation process is executed by the target steering angle calculation unit 45. The target steering angle calculation unit 45 substitutes the state feedback gain K (K 1 , K 2 , K 3 , K 4 ) calculated by the state feedback gain calculation unit 44 into the following equation (14), for example, to A target steering angle δ for traveling along the target course is calculated.

δ=−(Kφ’+Kφ+Ky’+Ky) ・・・(14) δ = − (K 1 φ ′ + K 2 φ + K 3 y ′ + K 4 y) (14)

次に、コントローラ4が実行する状態フィードバックゲインKの更新処理について、図6に示すフローチャートに基づいて説明する。本処理は、車両1の駆動中(エンジンが回転中)に繰り返して実行される。   Next, the state feedback gain K update processing executed by the controller 4 will be described based on the flowchart shown in FIG. This process is repeatedly executed while the vehicle 1 is being driven (the engine is rotating).

本処理が開始されると、自動操舵スイッチ37がオンか否かを判定する(ステップS1)。自動操舵スイッチ37がオフの場合(ステップS1:NO)、制御許可フラグをオフ(Flag=0)に設定し(ステップS10)、本処理を終了する。   When this process is started, it is determined whether or not the automatic steering switch 37 is on (step S1). When the automatic steering switch 37 is off (step S1: NO), the control permission flag is set to off (Flag = 0) (step S10), and this process ends.

自動操舵スイッチ37がオンの場合(ステップS1:YES)、車速Vがゼロであるか否か(車両1が走行中であるか否か)を判定する(ステップS2)。車速Vがゼロではない場合(ステップS2:NO)、荷物の積載量が変動しない車両1の走行中であるため、状態フィードバックゲインKを更新せず、制御許可フラグをオン(Flag=1)に設定し(ステップS9)、本処理を終了する。   When the automatic steering switch 37 is on (step S1: YES), it is determined whether or not the vehicle speed V is zero (whether or not the vehicle 1 is traveling) (step S2). When the vehicle speed V is not zero (step S2: NO), since the vehicle 1 is traveling without changing the load capacity of the load, the state feedback gain K is not updated and the control permission flag is turned on (Flag = 1). The setting is made (step S9), and this process ends.

車速Vがゼロの場合(ステップS2:YES)、荷物の積載量が変動する可能性がある車両1の停車時であるため、ステップS3へ移行して状態フィードバックゲインKを更新する。   When the vehicle speed V is zero (step S2: YES), it is during the stop of the vehicle 1 in which the load amount of the load may fluctuate, so the process proceeds to step S3 and the state feedback gain K is updated.

状態フィードバックゲインKの更新では、まず、各変位センサ36が検出した相対変位HFL,HFR,HRL,HRRを取得し(ステップS3)、取得した相対変位HFL,HFR,HRL,HRRに対応する各輪重WFL,WFR,WRL,WRRを、輪重−変位マップ(図5参照)から読み込み(ステップS4)、読み込んだ各輪重WFL,WFR,WRL,WRRを上式(1)に代入して、車両1の質量(総重量)mを算出する(ステップS5)。 In updating the state feedback gain K, first, the relative displacements H FL , H FR , H RL , H RR detected by the respective displacement sensors 36 are acquired (step S3), and the acquired relative displacements H FL , H FR , H RL are acquired. , H RR corresponding to the wheel loads W FL , W FR , W RL , W RR are read from the wheel load-displacement map (see FIG. 5) (step S4), and the read wheel loads W FL , W FR , Substituting W RL and W RR into the above equation (1), the mass (total weight) m of the vehicle 1 is calculated (step S5).

次に、ステップS4で読み込んだ輪重WFL,WFR,WRL,WRRを上式(2)及び(3)に代入して、前軸と重心位置との距離Lと、後軸と重心位置との距離Lとを算出する(ステップS6)。 Next, the wheel loads W FL , W FR , W RL , W RR read in step S4 are substituted into the above equations (2) and (3), the distance L f between the front axis and the center of gravity position, and the rear axis And a distance L r between the center of gravity position and the center of gravity position are calculated (step S6).

次に、ステップS5で算出した車両1の質量mを上式(5)に代入して、ヨー慣性モーメントIを算出する(ステップS7)。   Next, the yaw inertia moment I is calculated by substituting the mass m of the vehicle 1 calculated in step S5 into the above equation (5) (step S7).

次に、ステップS5で算出した車両1の質量mと、ステップS6で算出した前軸と重心位置との距離L及び後軸と重心位置との距離Lと、ステップS7で算出したヨー慣性モーメントIとを用いて、目標操舵角δを入力量とする状態方程式(上式(8)及び(11))を設定し、設定した状態方程式に対する評価関数J(上式(13))を設定し、設定した評価関数Jを最小とする状態フィードバックゲインKを算出し、算出した状態フィードバックゲインKを更新して記憶する(ステップS8)。 Next, the mass m of the vehicle 1 calculated in step S5, the distance L f between the front axis and the center of gravity position calculated in step S6, the distance L r between the rear axis and the center of gravity position, and the yaw inertia calculated in step S7. Using the moment I, a state equation (the above equations (8) and (11)) with the target steering angle δ as an input amount is set, and an evaluation function J (the above equation (13)) for the set state equation is set Then, the state feedback gain K that minimizes the set evaluation function J is calculated, and the calculated state feedback gain K is updated and stored (step S8).

最後に、制御許可フラグをオン(Flag=1)に設定し(ステップS9)、本処理を終了する。   Finally, the control permission flag is set to ON (Flag = 1) (step S9), and this process ends.

制御許可フラグをオンに設定されている場合、目標操舵角演算部45は、最新の状態フィードバックゲインKを用いて目標操舵角δを算出し、自動操舵電流演算部46は、自動操舵電流を算出して駆動電流出力部5に入力する。   When the control permission flag is set to ON, the target steering angle calculation unit 45 calculates the target steering angle δ using the latest state feedback gain K, and the automatic steering current calculation unit 46 calculates the automatic steering current. And input to the drive current output unit 5.

一方、制御許可フラグがオフに設定されている場合、目標操舵角演算部45は、目標操舵角δを算出せず、自動操舵電流演算部46は、自動操舵電流を駆動電流出力部5に入力しない。   On the other hand, when the control permission flag is set to OFF, the target steering angle calculation unit 45 does not calculate the target steering angle δ, and the automatic steering current calculation unit 46 inputs the automatic steering current to the drive current output unit 5. do not do.

このように本実施形態によれば、車両1の荷物の積載状態が変動した場合、状態フィードバックゲインKの値が積載状態の変動に応じて更新される。従って、荷物の積載状態に拘わらず、モデルベース制御手法であるLQ制御やLQI制御により車線維持特性を確保しつつ、ヨー方向のふらつきが少ない車両の走行安定性を実現した自動操舵制御を行うことができる。   Thus, according to this embodiment, when the loading state of the load of the vehicle 1 fluctuates, the value of the state feedback gain K is updated according to the fluctuation of the loading state. Therefore, regardless of the load state of the load, automatic steering control that realizes running stability of the vehicle with little fluctuation in the yaw direction while securing the lane keeping characteristic by the LQ control and the LQI control which are model-based control methods. Can do.

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。   As mentioned above, although the embodiment to which the invention made by the present inventor is applied has been described, the present invention is not limited by the discussion and the drawings that form part of the disclosure of the present invention according to this embodiment. That is, it is needless to say that other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on this embodiment are all included in the scope of the present invention.

1:車両
3:センサ部
4:コントローラ
5:駆動電流出力部
6:操舵アクチュエータ
31:カメラ
32:画像処理ユニット
33:ヨーレートセンサ
34:操舵角センサ
35:車速センサ
36:変位センサ(車両質量検知手段)
41:車両質量演算部(車両質量検知手段)
42:受信位置距離演算部
43:ヨー慣性モーメント演算部(慣性モーメント推定手段)
44:状態フィードバックゲイン演算部(フィードバックゲイン算出手段)
45:目標操舵角演算部(目標操舵角演算手段)
46:自動操舵電流演算部(自動操舵電流演算手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Vehicle 3: Sensor part 4: Controller 5: Drive current output part 6: Steering actuator 31: Camera 32: Image processing unit 33: Yaw rate sensor 34: Steering angle sensor 35: Vehicle speed sensor 36: Displacement sensor (vehicle mass detection means )
41: Vehicle mass calculation unit (vehicle mass detection means)
42: Reception position distance calculation unit 43: Yaw inertia moment calculation unit (moment of inertia estimation means)
44: State feedback gain calculation unit (feedback gain calculation means)
45: Target steering angle calculation unit (target steering angle calculation means)
46: Automatic steering current calculation unit (automatic steering current calculation means)

Claims (1)

車両の質量を検知する車両質量検知手段と、
前記検知された車両の質量に基づいて、前記車両のヨー慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定手段と、
前記検知された車両の質量と前記推定されたヨー慣性モーメントとを用いて、目標操舵角を入力量とする状態方程式を設定し、設定した状態方程式に対する評価関数を設定し、設定した評価関数を最小とする状態フィードバックゲインを算出するフィードバックゲイン算出手段と、
前記算出された状態フィードバックゲインに基づいて、前記車両の操舵を制御する操舵制御手段と、を備えた
ことを特徴とする車両の操舵制御装置。
Vehicle mass detection means for detecting the mass of the vehicle;
An inertia moment estimation means for estimating a yaw inertia moment of the vehicle based on the detected mass of the vehicle;
Using the detected vehicle mass and the estimated yaw inertia moment, a state equation with a target steering angle as an input amount is set, an evaluation function for the set state equation is set, and the set evaluation function is Feedback gain calculation means for calculating a state feedback gain to be minimized;
Steering control means for controlling steering of the vehicle based on the calculated state feedback gain. A steering control device for a vehicle, comprising:
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