JP5483194B2 - Sliding mode control device and vehicle automatic steering control device - Google Patents
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Description
本発明は、スライディングモード制御装置及び車両の自動操舵制御装置に関する。 The present invention relates to a sliding mode control device and a vehicle automatic steering control device.
近年、自動操舵制御に関する様々な技術が提案され実用化されており、その設計の主流は、PID制御やLQI制御である。また、他のフィードバック制御として、PID制御やLQI制御に比べて外乱に対する影響が小さくロバスト性の高いスライディングモード制御が注目されている。 In recent years, various technologies related to automatic steering control have been proposed and put into practical use, and the main design is PID control or LQI control. In addition, as another feedback control, sliding mode control, which has less influence on disturbance and higher robustness than PID control and LQI control, has attracted attention.
切り換え超平面(切換関数)を設定し、制御対象の状態量及び状態量の時間変化率を切り換え超平面に収束させるスライディングモード制御では、状態量が初期状態から切り換え超平面に到達した際にチャタリング現象が発生する。例えば、車両の自動操舵制御をスライディングモード制御によって実行する場合、チャタリング現象によってハンドルの操舵角度が頻繁に変化し、運転者に対して違和感を与えてしまう。 In sliding mode control that sets the switching hyperplane (switching function) and converges the state quantity of the control target and the time change rate of the state quantity to the switching hyperplane, chattering occurs when the state quantity reaches the switching hyperplane from the initial state. The phenomenon occurs. For example, when the automatic steering control of the vehicle is executed by the sliding mode control, the steering angle of the steering wheel frequently changes due to the chattering phenomenon, and the driver feels uncomfortable.
また、スライディングモード制御のチャタリング現象を抑制する方法として、切り換え超平面上に境界層を設定することが知られている。 As a method for suppressing the chattering phenomenon of sliding mode control, it is known to set a boundary layer on the switching hyperplane.
しかし、従来の一般的な境界層の値は定数として設定され、その決定は試行錯誤によってなされるため、最適な境界層を設定することは困難である。 However, since the value of the conventional general boundary layer is set as a constant and the determination is made by trial and error, it is difficult to set an optimal boundary layer.
そこで、本発明は、切り換え超平面への収束性を良好に維持しつつ、チャタリング現象を的確に低減することが可能なスライディングモード制御装置の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a sliding mode control device capable of accurately reducing chattering while maintaining good convergence to the switching hyperplane.
上記課題を解決するため、本発明のスライディングモード制御装置は、境界層設定手段と制御手段とを備える。境界層設定手段は、切り換え超平面に境界層を設定する。制御手段は、制御対象の状態量及び状態量の時間変化率を切り換え超平面に収束させるとともに、制御対象の状態量及び状態量の時間変化率を切り換え超平面に到達させるための非線形入力を境界層において減少させる制御手段と、を備える。境界層設定手段は、初期状態の制御対象の状態量及び状態量の時間変化率の収束軌跡の傾きと切り換え超平面の傾きとの差が大きいほど値が大きくなるように境界層を設定する。 In order to solve the above problems, the sliding mode control device of the present invention includes a boundary layer setting unit and a control unit. The boundary layer setting means sets the boundary layer on the switching hyperplane. The control means converges the state quantity of the control target and the time change rate of the state quantity on the switching hyperplane, and also limits the nonlinear input for causing the control target state quantity and the time change rate of the state quantity to reach the switching hyperplane. Control means for reducing in the layer. The boundary layer setting means sets the boundary layer such that the value increases as the difference between the inclination of the convergence locus of the state quantity of the control target in the initial state and the time change rate of the state quantity and the inclination of the switching hyperplane increases.
スライディングモード制御において制御対象の状態量及び状態量の時間変化率を切り換え超平面に収束させる場合、初期状態の制御対象の状態量及び状態量の時間変化率の収束軌跡の傾きと切り換え超平面の傾きとの差が大きいほど、チャタリング現象が増大する。 In the sliding mode control, when the control target state quantity and the time change rate of the state quantity are converged on the switching hyperplane, the slope of the convergence trajectory of the control target state quantity and the state quantity time change rate in the initial state and the switching hyperplane The chattering phenomenon increases as the difference from the inclination increases.
これに関し、上記構成では、初期状態の制御対象の状態量及び状態量の時間変化率の収束軌跡の傾きと切り換え超平面の傾きとの差が大きいほど境界層の値が大きく設定されるので、切り換え超平面への収束性を良好に維持しつつ、チャタリング現象の発生を的確に低減することができる。 In this regard, in the above configuration, the value of the boundary layer is set to be larger as the difference between the inclination of the convergence locus of the state quantity of the control target in the initial state and the time change rate of the state quantity and the inclination of the switching hyperplane is larger. It is possible to accurately reduce the occurrence of chattering while maintaining good convergence to the switching hyperplane.
また、本発明の車両の自動操舵制御装置は、上記スライディングモード制御装置を有するとともに、車両位置検知手段と進路設定手段とを備える。車両位置検知手段は、車両の現在位置を検知する。進路設定手段は、車両の目標進路を設定する。上記制御対象の状態量は、車両の位置と目標進路との距離である。制御手段は、車両の位置と目標進路との距離及びその距離の時間変化率を切り換え超平面に収束させるための目標操舵角を算出し、算出した目標操舵角に対応する目標操舵電流をステアリングアクチュエータへ出力する。 An automatic steering control device for a vehicle according to the present invention includes the above-described sliding mode control device, and includes a vehicle position detection unit and a course setting unit. The vehicle position detection means detects the current position of the vehicle. The course setting means sets a target course of the vehicle. The state quantity to be controlled is the distance between the position of the vehicle and the target route. The control means calculates the target steering angle for switching the distance between the vehicle position and the target path and the time change rate of the distance to converge on the hyperplane, and calculates the target steering current corresponding to the calculated target steering angle as a steering actuator. Output to.
上記構成では、操舵角度の変化を抑制して運転者に与える違和感を低減させることができる。 In the above configuration, it is possible to reduce the uncomfortable feeling given to the driver by suppressing the change in the steering angle.
また、上記スライディングモード制御装置は、制御対象の状態量と状態量の時間変化率との間に非線形の関係が成立するように切り換え超平面を設定する超平面設定手段を備えてもよく、切り換え超平面は、状態量の三乗項と状態量の時間変化率の三乗項とを含む関数によって規定されてもよい。 The sliding mode control device may further include a hyperplane setting unit that sets a switching hyperplane so that a nonlinear relationship is established between the state quantity of the control target and the time change rate of the state quantity. The hyperplane may be defined by a function including a third term term of the state quantity and a third term term of the time change rate of the state quantity.
上記構成では、超平面設定手段によって設定される切り換え超平面では、制御対象の状態量と状態量の時間変化率との間に非線形の関係が成立し、制御対象の状態量と状態量の時間変化率とが一定の線形関係に拘束されないので、高いロバスト性を得ることが可能な切り換え超平面の設計が可能となる。従って、上記スライディングモード制御装置を車両の自動操舵制御装置に適用し、車両の位置と目標車線との距離を状態量とし、その時間変化率を状態量の時間変化率として切り換え超平面を設定した場合、距離と時間変化率とが一定の線形関係に拘束されず、道路の曲率の増大に伴って最適な追従性能を発揮する切り換え超平面を設計することができる。 In the above configuration, in the switching hyperplane set by the hyperplane setting means, a nonlinear relationship is established between the state quantity of the controlled object and the time rate of change of the state quantity, and the time of the controlled quantity of the state quantity and the state quantity Since the rate of change is not constrained by a fixed linear relationship, it is possible to design a switching hyperplane that can achieve high robustness. Therefore, the above sliding mode control device is applied to an automatic steering control device for a vehicle, and the distance between the vehicle position and the target lane is set as a state quantity, and the time change rate is set as the time change rate of the state quantity to set a hyperplane. In this case, it is possible to design a switching hyperplane that exhibits optimum tracking performance as the road curvature increases without the distance and time change rate being constrained by a fixed linear relationship.
本発明のスライディングモード制御装置によれば、チャタリング現象を的確に低減することができる。 According to the sliding mode control device of the present invention, the chattering phenomenon can be accurately reduced.
以下、車両の自動操舵制御装置に本発明のスライディングモード制御装置を適用した本発明の一実施形態について、図1〜図7に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention in which a sliding mode control device of the present invention is applied to an automatic steering control device of a vehicle will be described with reference to FIGS.
図1〜図3に示すように、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(ECU:Electric Control Unit)4と、駆動電流出力部5と、ステアリングアクチュエータ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とは、走行制御装置を構成する。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、運転者からの操舵入力を受ける。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
センサ部3は、カメラ31と、ヨーレートセンサ33と、ハンドル角度センサ34と、車速センサ35と、自動操舵スイッチ36とを備える。
The
カメラ31は、CCDカメラであり、車両1の進行方向前方の路面を撮像し、その撮像信号をコントローラ4へ出力する。本実施形態では、車両1の走行路の左右両側の白線LL,LRの間に所定の目標走行ライン(目標進路)LTを設定し、設定した目標走行ラインLTに沿って自動操舵による走行を行うため、カメラ31は、進行方向前方の左右の白線LL,LRを撮像する。
The
ヨーレートセンサ33は、旋回走行時に車両1に発生するヨーレートφ’(回転角速度:rad/s)を、左回転を正方向として検出し、検出したヨーレートφ’をコントローラ4へ出力する。ハンドル角度センサ34は、ステアリングホイール2に入力する操舵角δ(rad)を検出し、検出した操舵角δをコントローラ4へ出力する。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
自動操舵スイッチ36は、車両1の運転室内に設けられ、運転者からのオン/オフ操作に応じた切換信号をコントローラ4へ出力する。自動操舵スイッチ36は、電源投入による初期時にはオフに設定され、運転者からの操作に応じてオンに設定される。自動操舵スイッチ36がオンに設定されると、コントローラ4は自動操舵制御処理を実行する。以下、自動操舵スイッチ36がオンに設定されている状態を説明する。
The
コントローラ4は、CPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)とを備える。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又はRAMには、自動操舵制御プログラムが予め記憶され、CPUは、自動操舵制御プログラムを読み出して実行することにより、目標走行ライン設定部41、目標偏差演算部42、目標操舵角演算部43及び指令電流値演算部44として機能する。
The
目標走行ライン設定部41は、路面上の目標走行ラインLTを設定する。目標走行ラインLTとは、車両1が自動操舵によって走行する際に目標とする進路である。本実施形態の目標走行ライン設定部41は、カメラ31が撮像した撮像信号を解析して路面上の左右の白線LL,LR間の幅Wの範囲を車両1の走行レーンとして検出し、走行レーンにおいて片側の白線(例えば左側の白線LL)からの距離が走行レーンの幅Wの50%(W/2)となる位置(線)を目標走行ラインLTとして設定する。
The target travel
目標偏差演算部42は、目標走行ライン設定部41が設定した目標走行ラインLTに対する現在の車両1の相対位置(目標偏差y)を演算する。具体的には、カメラ31が撮像した撮像信号を解析して左側の白線LLから車両1までの距離Dを検出し、距離Dから目標走行ラインLTの設定距離W/2を減算することにより、目標偏差y(y=D−W/2)を算出する。
The target
なお、本実施形態では、目標走行ラインLTの設定及び目標偏差yの演算のために、カメラ31が撮像した撮像信号を使用するが、カメラ31の撮像信号以外の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走行ラインLTを設定し、目標偏差を演算してもよい。また、路面に目標走行ラインLTに沿った情報発生装置を予め設け、この情報発生装置から目標走行ラインLTの位置情報を取得して、目標走行ラインLTと目標偏差yとを検知してもよい。
In the present embodiment, the imaging signal captured by the
目標操舵角演算部43は、超平面設定手段、境界層設定手段及び制御手段を構成する。目標操舵角演算部43は、目標走行ライン設定部41が検知した目標走行ラインLTと目標偏差演算部42が検知した目標偏差yとに基づいて、車両1を目標走行ラインLTに従って走行させるための操舵角(目標偏差y及び目標偏差の時間微分y’を切り換え超平面σnに収束するための目標操舵角θtotal)を算出する。また、目標操舵角演算部43は、初期状態の目標偏差y及び目標偏差の時間微分y’の収束軌跡の傾きと切り換え超平面σnの傾きとの差が大きいほど値が大きくなるように境界層φを設定し、目標偏差y及び目標偏差の時間微分y’を切り換え超平面σnに到達させるための非線形入力が境界層φにおいて減少するように、目標操舵角θtotalを算出する。なお、目標操舵角θtotalの算出処理及び境界層φの設定処理については後述する。
The target steering
指令電流値変換部44は、制御手段を構成し、目標操舵角演算部43が算出した目標操舵角θtotalを指令電流値(目標操舵電流)iに変換する。指令電流値iとは、車両1を目標走行ラインLTに沿って走行させるためにステアリングアクチュエータ6に通電する電流値である。指令電流値変換部44は、ステアリングホイール2を目標操舵角θtotalに駆動するために、ステアリングアクチュエータ6に対して、左右どちらの方向にどれくらいの強さの電流を通電する必要があるかを算出する。駆動電流出力部5は、制御手段を構成し、指令電流値変換部44が算出した指令電流値iをステアリングアクチュエータ6に通電させる。
The command current
ステアリングアクチュエータ6は、駆動電流出力部5から入力した駆動電流iによって駆動する。なお、ステアリングホイール2は、ステアリングアクチュエータ6の駆動に連動して回転する。
The
次に、目標操舵角演算部43が実行する目標操舵角θtotalの算出処理及び境界層φの設定処理について説明する。なお、以下の説明において使用する記号の定義は以下の通りである。
Next, the target steering angle θtotal calculation process and the boundary layer φ setting process executed by the target steering
I:車両1のヨー慣性モーメント(kg・m2)
M:車両1の質量(kg)
Kf:前輪コーナリングパワー(N/rad)
Kr:後輪コーナリングパワー(N/rad)
lf:車両重心点から前輪軸までの距離(m)
lr:車両重心点から後輪軸までの距離(m)
δ:ハンドル角度センサ34が検出するステアリングの実ハンドル角(rad)
V:車速センサが検出する35が検出する車速(m/s)
I: Yaw moment of inertia of vehicle 1 (kg · m 2 )
M: Mass of vehicle 1 (kg)
K f : Front wheel cornering power (N / rad)
K r : Rear wheel cornering power (N / rad)
l f : Distance from the center of gravity of the vehicle to the front wheel axle (m)
l r : Distance from vehicle center of gravity to rear axle (m)
δ: Steering actual steering wheel angle (rad) detected by the steering
V: Vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 35 (m / s)
操舵系の状態方程式は、式(1)によって表される。 The state equation of the steering system is expressed by equation (1).
ステアリングモード制御の等価制御入力は、式(2)によって計算される。 The equivalent control input of the steering mode control is calculated by the equation (2).
式(2)の評価関数Jを最小化するレギュレータへの最適な等価制御入力は、式(3)によって表わされる。 The optimal equivalent control input to the regulator that minimizes the evaluation function J of Equation (2) is represented by Equation (3).
従来の一般的なスライディングモード制御の非線形制御入力の場合、式(4)に示す超平面σが設定され、目標操舵角θtotalは、式(5)によって計算される。なお、hは、切り換え超平面(切換線)の傾きを示す定数、Kは、ゲインを示す定数である。 In the case of the conventional non-linear control input of general sliding mode control, the hyperplane σ shown in Equation (4) is set, and the target steering angle θtotal is calculated by Equation (5). Here, h is a constant indicating the inclination of the switching hyperplane (switching line), and K is a constant indicating the gain.
しかし、上記従来の方法によって設定される切り換え超平面σでは、状態量yと状態量の時間変化率y’とが一定の線形関係に拘束されるため、道路(目標走行ラインLT)の曲率変化に対するロバスト性が弱く、道路の曲率の増大に伴って追従性能が悪化する。 However, in the switching hyperplane σ set by the above-described conventional method, the state quantity y and the time change rate y ′ of the state quantity are constrained to a constant linear relationship, and therefore the curvature change of the road (target travel line LT). The robustness with respect to is weak, and the follow-up performance deteriorates as the road curvature increases.
これに対し、本実施形態では、図5に示すように、上記超平面σを垂直変換した超平面σpを求め(式(6))、2つの超平面σ,σpとによって規定される新たな座標系を設定し、この新たな座標系に式(7)に示す切り換え超平面σnを設定する。 On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 5, a hyperplane σp obtained by vertical conversion of the hyperplane σ is obtained (formula (6)), and a new one defined by the two hyperplanes σ and σp is obtained. A coordinate system is set, and a switching hyperplane σn shown in Expression (7) is set in this new coordinate system.
切り換え超平面σnは、状態量(目標偏差y)の三乗項と状態量の時間変化率(目標偏差の時間微分y’)の三乗項とを含む関数によって規定され、状態量(目標偏差y)と状態量の時間変化率(目標偏差の時間微分y’)との間で非線形の関係が成立する。また、係数Gの値を変更することによって、非線形な切り換え超平面σnを自由に設計することができる。 The switching hyperplane σn is defined by a function including a cubed term of the state quantity (target deviation y) and a cubed term of the time variation rate of the state quantity (time differential y ′ of the target deviation), and the state quantity (target deviation) A nonlinear relationship is established between y) and the time rate of change of the state quantity (time differential y ′ of the target deviation). Further, by changing the value of the coefficient G, the nonlinear switching hyperplane σn can be freely designed.
係数Gの値は、目標走行ラインLTの曲率に応じて設定される。目標走行ラインLTと係数Gとの関係(係数Gの設定情報)の一例を図6に示す。なお、目標走行ラインLTと係数Gとの関係は、経験等によって予め決定され設定される。 The value of the coefficient G is set according to the curvature of the target travel line LT. An example of the relationship between the target travel line LT and the coefficient G (setting information of the coefficient G) is shown in FIG. Note that the relationship between the target travel line LT and the coefficient G is determined and set in advance by experience or the like.
従って、目標操舵角θtotalの非線形入力θnlは、式(8)のように表される。 Accordingly, the non-linear input θnl of the target steering angle θtotal is expressed as shown in Equation (8).
式(8)の非線形入力θnlをそのまま用いると、チャタリング現象が発生するため、これを抑制するため、式(8)に代えて式(9)に示す非線形入力θnlを用いる。 If the nonlinear input θnl in the equation (8) is used as it is, a chattering phenomenon occurs. Therefore, in order to suppress this, the nonlinear input θnl shown in the equation (9) is used instead of the equation (8).
式(9)のsat(σn/φ)を、式(10)に示す。 The sat (σn / φ) of equation (9) is shown in equation (10).
式(9)及び式(10)のφは境界層であり、式(10)のsgn()は、符号関数である。式(10)から明らかなように、σnの大きさ(絶対値)がφの大きさ(絶対値)を超えている場合のθnlの大きさ(絶対値)は一定値であり、σnの大きさがφの大きさ以下になると、θnlの大きさは上記一定値から減少する。すなわち、状態量y及び状態量の時間変化率y’を切り換え超平面に到達させるための非線形入力θnlは、境界層において減少する。 In Expressions (9) and (10), φ is a boundary layer, and sgn () in Expression (10) is a sign function. As is clear from equation (10), the magnitude (absolute value) of θnl when the magnitude (absolute value) of σn exceeds the magnitude (absolute value) of φ is a constant value, and the magnitude of σn When is less than or equal to φ, the magnitude of θnl decreases from the constant value. That is, the nonlinear input θnl for causing the state quantity y and the time change rate y ′ of the state quantity to reach the switching hyperplane decreases in the boundary layer.
境界層φの値は、スライディングモード制御の性能に大きな影響を与える。例えば、境界層φの値が大きいと、チャタリング現象は抑制されるが、切り換え超平面への収束性(拘束性)が悪化する。反対に、境界層φの値が小さいと、切り換え超平面への収束性は良好であるが、チャタリング現象を低減することができない。 The value of the boundary layer φ greatly affects the performance of the sliding mode control. For example, when the value of the boundary layer φ is large, the chattering phenomenon is suppressed, but the convergence (restraint) to the switching hyperplane is deteriorated. On the contrary, if the value of the boundary layer φ is small, the convergence to the switching hyperplane is good, but the chattering phenomenon cannot be reduced.
従来の一般的なスライディングモード制御の非線形制御入力の場合、境界層φとして所定の定数値(固定値)が設定される。従って、切り換え超平面への収束性が良好であり且つチャタリング現象の低減が可能な最適値に境界層φを設定しなければならず、境界層φの値の決定が難しい。特に、状態量yと状態量の時間変化率y’との間に非線形の関係が成立する切り換え超平面が設定される場合、最適な境界層φの値を予め決定して設定することは極めて困難である。 In the case of the conventional non-linear control input of general sliding mode control, a predetermined constant value (fixed value) is set as the boundary layer φ. Therefore, the boundary layer φ must be set to an optimum value that has good convergence to the switching hyperplane and can reduce the chattering phenomenon, and it is difficult to determine the value of the boundary layer φ. In particular, when a switching hyperplane in which a nonlinear relationship is established between the state quantity y and the time change rate y ′ of the state quantity is set, it is extremely difficult to determine and set the optimum value of the boundary layer φ in advance. Have difficulty.
ここで、初期状態の制御対象の状態量y及び状態量の時間変化率y’の収束軌跡(拘束軌跡)の傾きと、切り換え超平面σnの傾きと、チャタリング現象の発生との関係に着目すると、図7に示すように、初期状態の状態量y及び状態量の時間変化率y’の収束軌跡の傾きと切り換え超平面σnの傾きとの差が大きい場合(軌跡1として実線で示す)と、収束軌跡の傾きと切り換え超平面σnの傾きとの差が小さい場合(軌跡2として破線で示す)とを比較すると、軌跡1の方が軌跡2よりもチャタリングが大きく発生する。このため、本実施形態では、境界層φを、固定値ではなく、初期状態の制御対象の状態量y及び状態量の時間変化率y’の収束軌跡(拘束軌跡)の傾きと切り換え超平面σnの傾きとの差が大きいほど値が大きくなるように設定し、境界層φの値は、式(11)によって算出される。
Here, focusing on the relationship between the slope of the convergence trajectory (constraint trajectory) of the state quantity y and the time change rate y ′ of the state quantity in the initial state, the slope of the switching hyperplane σn, and the occurrence of the chattering phenomenon. 7, when the difference between the inclination of the convergence locus of the state quantity y in the initial state and the time change rate y ′ of the state quantity and the inclination of the switching hyperplane σn is large (indicated by a solid line as locus 1). When the difference between the inclination of the convergence trajectory and the inclination of the switching hyperplane σn is small (indicated by a broken line as the trajectory 2), the
目標操舵角θtotalは、式(12)によって計算される。 The target steering angle θtotal is calculated by Expression (12).
次に、本実施形態の自動操舵制御装置が実行する自動操舵制御処理について説明する。 Next, automatic steering control processing executed by the automatic steering control device of this embodiment will be described.
自動操舵制御処理は、所定時間毎に繰り返して実行される。自動操舵制御処理が開始されると、コントローラ4が必要なパラメータを読み込む(ステップS1)。本処理において、コントローラ4は、カメラ31、ヨーレートセンサ33、車速センサ35などから各種信号を読み込む。また、読み込んだパラメータに基づいて、時間微分や積分などの必要な演算や、撮像信号の解析を行う。
The automatic steering control process is repeatedly executed every predetermined time. When the automatic steering control process is started, the
次に、目標走行ライン設定部41は、目標走行ラインLTを設定し(ステップS2)、目標偏差演算部42は、カメラ31が撮像した撮像信号を解析して目標偏差yを算出する(ステップS3)。
Next, the target travel
次に、目標操舵角演算部43が目標操舵角θtotalを算出する(ステップS4)。すなわち、ステップS2で設定した目標走行ラインLTの曲率と予め設定された係数Gの設定情報とから係数Gの値を求め、目標偏差yと目標偏差の時間微分y’と係数Gとを式(4)、式(6)及び式(7)に代入して切り換え超平面σnを設定する。そして、式(11)から境界層φを設定し、式(9)、式(10)及び式(12)とから目標偏差y及び目標偏差の時間微分y’を切り換え超平面σnに収束するための目標操舵角θtotalを算出する。
Next, the target steering
次に、指令電流値変換部44が目標操舵角θtotalを指令電流値iに変換し(ステップS5)、駆動電流出力部5が指令電流値iの通電によってステアリングアクチュエータ6を駆動して(ステップS6)、自動操舵制御処理を終了する。
Next, the command current
上記ステップS1〜ステップS6の処理を繰り返して実行することにより、目標偏差y(制御対象の状態量)及び目標偏差の時間微分y’(状態量の時間変化率)が切り換え超平面σnに収束される。 By repeatedly executing the processing of step S1 to step S6, the target deviation y (state quantity to be controlled) and the time deviation y ′ (time rate of change of the state quantity) of the target deviation are converged on the switching hyperplane σn. The
本実施形態によれば、初期状態の目標偏差y(制御対象の状態量)及び目標偏差の時間微分y’(状態量の時間変化率)の収束軌跡の傾きと切り換え超平面σnの傾きとの差が大きいほど境界層φの値が大きく設定されるので、切り換え超平面σnへの収束性を良好に維持しつつ、チャタリング現象の発生を的確に低減することができる。 According to the present embodiment, the inclination of the convergence locus of the target deviation y (state quantity of the controlled object) in the initial state and the time derivative y ′ (time change rate of the state quantity) of the target deviation and the inclination of the switching hyperplane σn. Since the value of the boundary layer φ is set to be larger as the difference is larger, it is possible to accurately reduce the occurrence of chattering while maintaining good convergence to the switching hyperplane σn.
また、切り換え超平面σnでは、目標偏差yと目標偏差の時間微分y’との間に非線形の関係が成立し、目標偏差yと目標偏差の時間微分y’とが一定の線形関係に拘束されないので、道路の曲率の増大に伴って最適な追従性能を発揮するロバスト性の高い切り換え超平面σnの設計が可能となる。 In the switching hyperplane σn, a non-linear relationship is established between the target deviation y and the time derivative y ′ of the target deviation, and the target deviation y and the time derivative y ′ of the target deviation are not constrained to a constant linear relationship. Therefore, it is possible to design a switching hyperplane σn having high robustness that exhibits optimum tracking performance as the road curvature increases.
なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、上述の実施形態以外であっても種々の変更が可能であることは勿論である。 The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the technical idea according to the present invention, even if other than the above-described embodiments. Of course.
例えば、上記実施形態では、制御対象の状態量と状態量の時間変化率との間に非線形の関係が成立する切り換え超平面σnに境界層φを設定する場合について説明したが、制御対象の状態量と状態量の時間変化率との間に線形の関係が成立する切り換え超平面に本実施形態と同様に境界層φを設定してもよい。また、上記実施形態では、目標偏差y(制御対象の状態量)の三乗項と目標偏差の時間微分y’(状態量の時間変化率)の三乗項とを含む関数によって切り換え超平面σnを規定したが、目標偏差yと目標偏差の時間微分y’との間に非線形の関係が成立させる他の関数によって切り換え超平面を規定してもよい。また、上記実施形態では、自動操舵制御装置に適用されるスライディングモード制御装置の例を説明したが、本発明のスライディングモード制御装置は自動操舵制御装置以外の多様な装置に広く適用可能である。 For example, in the above embodiment, the case where the boundary layer φ is set on the switching hyperplane σn in which a nonlinear relationship is established between the state quantity of the control target and the time change rate of the state quantity has been described. Similarly to the present embodiment, the boundary layer φ may be set on the switching hyperplane where a linear relationship is established between the quantity and the time change rate of the state quantity. In the above-described embodiment, the hyperplane σn is switched by a function including the cube term of the target deviation y (state quantity of the control target) and the cube term of the time derivative y ′ (time change rate of the quantity of state) of the target deviation. However, the switching hyperplane may be defined by another function that establishes a non-linear relationship between the target deviation y and the time derivative y ′ of the target deviation. Moreover, although the example of the sliding mode control device applied to the automatic steering control device has been described in the above embodiment, the sliding mode control device of the present invention is widely applicable to various devices other than the automatic steering control device.
本発明は、スライディングモード制御を実行する装置に適用可能である。 The present invention is applicable to an apparatus that performs sliding mode control.
1:車両
2:ステアリングホイール
5:駆動電流出力部(制御手段)
6:ステアリングアクチュエータ
42:目標偏差演算部
43:目標操舵角演算部(超平面設定手段、境界層設定手段、制御手段)
44:自動操舵電流演算部(制御手段)
LT:目標走行ライン(目標進路)
y:目標偏差(車両の位置と目標進路との距離、制御対象の状態量)
y’:目標偏差の時間微分(車両の位置と目標進路との距離の時間変化率、状態量の時間変化率)
σn:切り換え超平面
θtotal:目標操舵角
φ:境界層
1: Vehicle 2: Steering wheel 5: Drive current output unit (control means)
6: Steering actuator 42: Target deviation calculator 43: Target steering angle calculator (hyperplane setting means, boundary layer setting means, control means)
44: Automatic steering current calculation unit (control means)
LT: Target travel line (target course)
y: target deviation (distance between vehicle position and target course, state quantity of control target)
y ′: Time differential of target deviation (time change rate of distance between vehicle position and target course, time change rate of state quantity)
σn: switching hyperplane θtotal: target steering angle φ: boundary layer
Claims (3)
制御対象の状態量及び当該状態量の時間変化率を前記切り換え超平面に収束させるとともに、前記制御対象の状態量及び当該状態量の時間変化率を前記切り換え超平面に到達させるための非線形入力を前記境界層において減少させる制御手段と、を備え、
前記境界層設定手段は、初期状態の前記制御対象の状態量及び当該状態量の時間変化率の収束軌跡の傾きと前記切り換え超平面の傾きとの差が大きいほど値が大きくなるように前記境界層を設定する
ことを特徴とするスライディングモード制御装置。 Boundary layer setting means for setting a boundary layer on the switching hyperplane;
A non-linear input for converging the state quantity of the controlled object and the time change rate of the state quantity on the switching hyperplane and causing the state quantity of the controlled object and the time change rate of the state quantity to reach the switching hyperplane. Control means for reducing in the boundary layer,
The boundary layer setting means is configured to increase the value as the difference between the inclination of the convergence locus of the state quantity of the control target in the initial state and the time change rate of the state quantity and the inclination of the switching hyperplane increases. A sliding mode control device characterized by setting a layer.
前記制御対象の状態量と該状態量の時間変化率との間に非線形の関係が成立するように前記切り換え超平面を設定する超平面設定手段を備えた
ことを特徴とするスライディングモード制御装置。 The sliding mode control device according to claim 1,
A sliding mode control device comprising hyperplane setting means for setting the switching hyperplane so that a non-linear relationship is established between the state quantity of the control target and the time change rate of the state quantity.
前記車両の現在位置を検知する車両位置検知手段と、
前記車両の目標進路を設定する進路設定手段と、を備え、
前記制御対象の状態量は、前記車両の位置と前記目標進路との距離であり、
前記制御手段は、前記車両の位置と前記目標進路との距離及び当該距離の時間変化率を前記切り換え超平面に収束させるための目標操舵角を算出し、算出した目標操舵角に対応する目標操舵電流をステアリングアクチュエータへ出力する
ことを特徴とする自動操舵制御装置。 An automatic steering control device for a vehicle having the sliding mode control device according to claim 1 or 2,
Vehicle position detection means for detecting the current position of the vehicle;
Route setting means for setting a target route of the vehicle,
The state quantity of the control target is a distance between the position of the vehicle and the target course,
The control means calculates a target steering angle for converging a distance between the position of the vehicle and the target route and a time change rate of the distance to the switching hyperplane, and a target steering corresponding to the calculated target steering angle. An automatic steering control device that outputs current to a steering actuator.
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