CN108137091B - 车轮的偏滑角推定装置及其方法 - Google Patents

车轮的偏滑角推定装置及其方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108137091B
CN108137091B CN201680059002.5A CN201680059002A CN108137091B CN 108137091 B CN108137091 B CN 108137091B CN 201680059002 A CN201680059002 A CN 201680059002A CN 108137091 B CN108137091 B CN 108137091B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle body
wheel
road surface
coordinate system
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680059002.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108137091A (zh
Inventor
板东干雄
小野幸彦
佐藤隆之
石本英史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Publication of CN108137091A publication Critical patent/CN108137091A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108137091B publication Critical patent/CN108137091B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/10—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to vehicle motion
    • B60W40/101—Side slip angle of tyre
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/10—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to vehicle motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/10—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to vehicle motion
    • B60W40/103—Side slip angle of vehicle body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00—Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/14—Yaw
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00—Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/16—Pitch
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00—Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/18—Roll
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00—Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/28—Wheel speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2540/00—Input parameters relating to occupants
    • B60W2540/18—Steering angle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2710/20—Steering systems
    • B60W2710/207—Steering angle of wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2710/22—Suspension systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2720/00—Output or target parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2720/10—Longitudinal speed
    • B60W2720/106—Longitudinal acceleration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2720/00—Output or target parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2720/12—Lateral speed
    • B60W2720/125—Lateral acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/60—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems wherein the transmitter and receiver are mounted on the moving object, e.g. for determining ground speed, drift angle, ground track
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/295—Means for transforming co-ordinates or for evaluating data, e.g. using computers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

具备：路车间姿势推定部(121)，其利用路面距离计测装置(105)所计测的到路面上的计测点的距离的系列，推定从车身坐标系转换到路面坐标系的车身―路面坐标转换信息；路面上惯性量计算部(122)，其从在车身坐标系中定义的由车身惯性计测装置(104)计测到的车身的惯性量中去除重力加速度分量而求出由于车身(103)的运动而产生的惯性量，并利用车身―路面坐标转换信息将由于车身(103)的运动而产生的惯性量转换到路面坐标系；和车轮偏滑角推定部(123)，其基于来自操舵角计测装置(106)的操舵角和车轮速度计测装置(107)计测到的车轮速度求出沿着车轮的倾斜方向的车轮速度矢量，基于车轮速度矢量求出源自车轮速度计测装置的车轮加速度矢量，并基于源自车轮速度计测装置的车轮加速度矢量和源自车身惯性计测装置的转换到路面坐标系的加速度矢量的差值，推定车轮的横偏滑角度。

Description

车轮的偏滑角推定装置及其方法
技术领域
本发明涉及在矿山、建筑现场移动的自卸卡车，特别是涉及车轮的偏滑角推定装置及其方法。
背景技术
在自卸卡车中，车轮的偏滑角对于谋求车身的稳定化也是重要的参数。作为推定车轮的偏滑角的技术，在专利文献1中公开有安装于具有车轮的车身上的惯性计测装置和对操舵角进行计测、并推定车轮的偏滑角的结构。专利文献1中的车轮的偏滑角的推定技术假定了4个车轮接地的平坦的路面与车身平行。通过该假定，路面上的输出速度的车轮、与弹簧上的车身的加速度、角速度这样的惯性计测装置的输出轴相匹配，因此，能够准确地求出车轮的偏滑角。并且，在很多乘用车中，该假定不会大幅度地偏离。根据该文献的0038段落所记载的“若产生侧倾角，(中间内容省略)轮胎接地点左右移动，因此，由于其与车速V之间的关系而产生轮胎滑移角。”这样的内容也可知，上述专利文献1中的车轮的偏滑角的推定技术相当于，利用若车身倾斜则轮胎也呼应地倾斜这一情况，来求出偏滑角。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-076617号公报
发明内容
一般而言，车辆是车身经由弹簧搭载于车轮上而构成的。在如自卸卡车那样由于装载物而对弹簧上的车身施加了较大载荷的情况下，弹簧收缩，车身在载荷的作用下相对于车轮和车轮轴倾斜。即使车轮和车轮轴与路面平行，由于弹簧的收缩而弹簧上的车身也会倾斜，因此，无法假定成车身与路面平行。因此，就由安装于车身的惯性计测装置计测的值而言，是对与路面不同的方向的加速度进行计测，从而难以算出准确的车轮偏滑角。因此，留有如下课题：即使将专利文献1所记载的技术适用于与乘用车相比而对车身施加较大重量的自卸卡车，也难以准确地测定车身的偏滑角。
本发明是鉴于上述课题而完成的，目的在于，在根据装载状态而车身重量大幅度变化的自卸卡车中，使用来自安装于车身的惯性计测装置的输出值来精度良好地推定车轮的偏滑角。
为了解决上述问题，本发明的一个方案是一种自卸卡车的车轮的偏滑角推定装置，该自卸卡车搭载有车轮以及经由悬架搭载在该车轮上的车身，并具备：车身惯性计测装置，其安装于该车身，输出车身的加速度和角速度；路面距离计测装置，其安装于所述车身，对到包括所述车轮的接地点在内的路面的距离进行计测；车轮速度计测装置，其输出基于所述车轮的转速的车轮速度；以及操舵角计测装置，其对所述车轮的操舵角进行计测，该自卸卡车的车轮的偏滑角推定装置的特征在于，具备：路车间姿势推定部，其利用所述路面距离计测装置所计测的到所述路面上的计测点的距离的系列，对从车身坐标系转换到路面坐标系的车身―路面坐标转换信息进行推定，其中，该车身坐标系是由所述车身的前后轴、左右轴、以及与前后轴和左右轴正交的上下轴构成的3轴正交坐标系，该路面坐标系是由将所述前后轴和所述左右轴投影到所述路面而得到的正交2轴、和与该正交2轴垂直的路面垂直轴构成的3轴正交坐标系；路面上惯性量计算部，其从在所述车身坐标系中定义的由所述车身惯性计测装置计测到的车身的加速度及角速度中去除重力加速度分量而求出由于所述车身的运动而产生的加速度和角速度，利用所述车身―路面坐标转换信息将该由于车身的运动而产生的加速度和角速度转换到所述路面坐标系；和车轮偏滑角推定部，其基于来自所述操舵角计测装置的操舵角和所述车轮速度计测装置所计测的车轮速度，求出沿着所述车轮的倾斜方向的源自所述车轮速度计测装置的车轮加速度矢量，利用转换到所述路面坐标系的由于车身的运动而产生的加速度和角速度，求出源自所述车身惯性计测装置的、所述车轮接地点处的加速度矢量，并基于该加速度矢量与源自所述车轮速度计测装置的、车轮接地点处的车轮加速度矢量之间的差值，推定所述车轮的横偏滑角度。
发明效果
根据本发明，在车身重量大幅度变化的自卸卡车中，能够使用来自安装于车身的惯性计测装置的输出值来精度良好地推定车轮的偏滑角。此外，上述的以外的课题、构成和效果根据以下的实施方式的说明变得清楚。
附图说明
图1是表示自卸卡车的概略结构的图。
图2是示出4个坐标系的说明图，(a)示出整体坐标系，(b)示出路面坐标系、车身坐标系、以及路面距离计测部坐标系L1、L2。
图3是表示车身坐标系的图。
图4是表示路面坐标系的说明图。
图5是表示自卸卡车的功能构成的框图。
图6是表示路车间姿势推定部的处理流程的图。
图7是表示LIDAR(Laser Imaging Detection and Ranging，激光成像探测)的坐标系和计测点的图。
图8是安装于车身的LIDAR的计测点列的模型图。
图9是表示路面上惯性量计算部的处理流程的图。
图10是表示车轮偏滑角推定部的处理流程的图。
图11是表示车轮的速度、加速度、舵角、偏滑角的关系的图。
图12是表示从上方观察车辆的2维速度矢量的图。
图13是表示第二实施方式中的自卸卡车的功能构成的框图。
图14是表示第二实施方式的路车间姿势推定部中的路车间姿势推定部的处理流程的图。
图15是表示第二实施方式中的路面上惯性量计算部的处理流程的图。
图16是表示第二实施方式中的实施例2的车轮偏滑角推定机构的处理流程的图。
图17是表示第二实施方式中的车轮的速度、偏滑角的关系的模型图。
具体实施方式
以下，对用于精度良好地算出路面上的各车轮位置处的偏滑角的处理进行说明。
＜第一实施方式>
首先，对主要使用来自传感的计测值且推定值尽可能少的构成的车轮偏滑角推定方法进行说明。图1是表示自卸卡车的概略结构的图。自卸卡车100构成为包括：前后左右的车轮101；支承各个车轮的车轮轴102；和经由弹簧等(例如未图示的悬架)与车轮轴相连的作为坚固的框架的车身103。
此处对说明所使用的4个坐标系进行定义。图2是示出4个坐标系的说明图，(a)示出整体坐标系，(b)示出路面坐标系、车身坐标系、以及路面距离计测部坐标系L1、L2。图3是表示车身坐标系的图。图4是表示路面坐标系的说明图。
第一，将如下3轴正交坐标系称为整体坐标系e，其以距车辆的当前地点不远的、地球上的某一点为原点，在与重力方向垂直地相交的平面上设定Xe轴、Ye轴，沿着由Xe轴和Ye轴构成右手坐标系的朝向取Ze轴(参照图2的(a))。
第二，将如下3轴正交坐标系称为车身坐标系b，其沿着车身前后方向取Xb轴，沿着车身左右方向取Yb轴，并沿着上方向取Zb轴(参照图2的(b))。图3所示的车身坐标系b的原点设为固定于车身内的任意的点。
第三，将由多个车轮101接地的点构成的面上称为路面，将自卸卡车100进行动作的路面假定为无论从哪一瞬间观察都是大概平坦的平面。将如下3轴正交坐标系称为路面坐标系r，其将在该路面上使车身坐标系b的Xb轴、Yb轴投影到上述平面而得到的轴分别设为路面坐标系r的Xr轴、Yr轴，并沿着由上述Xr轴和Yr轴构成右手坐标系的朝向取Zr轴(参照图4)。根据该定义，若从整体坐标系e观察，则看起来路面坐标系r与车身坐标系b一起依次移动。另外，Xr轴和Yr轴的方向与车身坐标系b中的Xb轴、Yb轴的方向一致，而Zr轴成为与由上述多个车轮接地的点构成的面垂直的方向，但由于车身103未必与上述路面平行，所以Zr轴不一定与车身坐标系b的Zb轴一致。
第四，在固定于车身103的任意点的对到路面的距离进行计测的结构(称为路面距离计测装置。详细情况随后论述。)中，将如下3轴正交坐标系称为路面距离计测装置坐标系L，其将对距离进行计测的路面距离计测装置的计测起点设为原点，沿着对距离进行计测的方向取XL轴，沿着与XL轴垂直的方向取YL轴，沿着由XL轴和YL轴构成右手坐标系的朝向取ZL轴。根据该定义，若从整体坐标系e观察，则路面距离计测装置坐标系L看起来与车身坐标系b一起依次移动。在多个路面距离计测装置固定于车身103的情况下，针对每一个路面距离计测装置定义坐标系，将由n个路面距离计测装置中的第i个路面距离计测装置定义的坐标系称为路面距离计测装置坐标系Li。
在以下的说明中，标注于变量或值的右侧的e、b、r、Li这些尾标表示带有尾标的变量或值分别是在整体坐标系e、车身坐标系b、路面坐标系r、第i个路面距离计测装置坐标系Li中表示的变量或值。
车轮的偏滑角是指，在上述路面坐标系r上，车轮101所朝向的朝向与车轮速度矢量所成的角。
图5是表示自卸卡车100的功能构成的框图。如图5所示，在自卸卡车100的车身103上安装有：车身惯性计测装置104，其在车身坐标系b中对包括重力加速度在内的加速度、角速度等进行计测；路面距离计测装置105，其能够在同一采样时间对能够以与车身的行进方向相交的1根直线连结或者近似的路面上的两点以上进行计测；操舵角计测装置106，其对车轮相对于车身坐标系b的Xb轴的倾斜进行计测；车轮速度计测装置107，其对基于车轮的转速的车轮速度进行计测；以及车身姿势计测装置108，其对以倾斜角度和旋转角度表示的车身姿势进行计测，其中，该倾斜角度是由整体坐标系e的Xe轴和Ye轴结成的水平面与车身坐标系b的Xb轴和Yb轴所成的角度，该旋转角度是从整体坐标系e的Xe轴到车身坐标系b的Xb轴的角度。
另外，自卸卡车100还具备车身偏滑角推定装置120，上述车身惯性计测装置104、路面距离计测装置105、操舵角计测装置106、车轮速度计测装置107、车身姿势计测装置108分别向车身偏滑角推定装置120输出各装置的计测结果。车身偏滑角推定装置120包括路车间姿势推定部121、路面上惯性量计算部122、以及车轮偏滑角推定部123。车身偏滑角推定装置120是通过硬件和软件协作而构成的，其中，该硬件除了包括CPU(Central ProcessingUnit，中央处理单元)等运算、控制装置之外，还包括储存由车身偏滑角推定装置120执行的程序的ROM(Read Only Memory，只读存储器)、HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)等存储装置、以及成为CPU执行程序之际的作业区域的RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)，该软件实现路车间姿势推定部121、路面上惯性量计算部122、以及车轮偏滑角推定部123的各功能。
路车间姿势推定部121使用由路面距离计测装置105计测到的距路面的距离的系列而将车身103与路面之间的相对的倾斜推定为从车身坐标系b向路面坐标系r转换的坐标转换矩阵Crb。
路面上惯性量计算部122根据路车间姿势推定部121、车身惯性计测装置104、车身姿势计测装置108，去除重力加速度分量，将在车身坐标系b中表示的车辆的惯性量转换成在路面坐标系r中表示的车辆的惯性量。
车轮偏滑角推定部123利用路面上惯性量计算部122、操舵角计测装置106以及车轮速度计测装置107来高精度地推定各车轮的偏滑角。
以下，参照图6～图8说明路车间姿势推定部121中的对路面与车身之间的相对姿势进行推定的方法。图6是表示路车间姿势推定部的处理流程的图。图7是表示LIDAR的坐标系和计测点的图。图8是安装于车身的LIDAR的计测点列的模型图。
首先，在步骤601中，通过路面距离计测装置105对从固定于车身103的路面距离计测装置105到路面的距离进行计测。在第一实施方式中，作为距离计测装置，以使用两个利用激光进行线扫描的LIDAR的情况为例进行说明。如图7所示，LIDAR对到某一点的距离连续地以线状进行扫描。另外，由LIDAR计测的距离设为扫描的角度和到计测点P的距离l。在上述内容中，按照路面距离计测装置坐标系L的定义，沿着LIDAR的扫描激光器射出面方向规定XL轴，沿着与XL轴构成右手坐标系的侧面方向规定YL轴，沿着由这两个轴形成的法线方向规定ZL轴。到点P的距离l能够通过进行计测时的与XL轴所成的角度θ以3维坐标(pxL、pyL、pzL)表示。从固定于LIDAR的路面距离计测装置坐标系L向车身坐标系b转换的坐标转换矩阵CbL通过对LIDAR的安装角度进行计测而事先提供。两个LIDAR801、802如图8所示那样以彼此的激光交叉的方式(交点805)朝向路面设置于车身侧面。
接着，在步骤602中，与激光的扫描线段相应地生成作为路面上的点而计测到的点坐标系列。在本实施方式中，记载为用两个LIDAR801、802进行了合计两条激光扫描。路面点坐标系列以P11＝(p11xL、p11yL、p11zL)、P12＝(p12xL、p12yL、p12zL)、…、P1i＝(p1ixL、p1iyL、p1izL)的方式生成。
接着，在步骤603中，将在步骤602中生成的路面点坐标系列在车身坐标系中表示。设为通过LIDAR801计测了n个计测点列，且各自的值在路面距离计测装置坐标系L中为P1i＝(p1ixL、p1iyL、p1izL)(0＜i≤n)。此时，为了在车身坐标系b中表示各点，能够利用在车身坐标系b中表示LIDAR801所安装的位置的点(P1xb、P1yb、P1zb)如下式(1)那样求出。
[式1]
Figure BDA0001622495660000081
(在车身坐标系b中表示的路面上的计测点坐标)＝(从路面距离计测装置坐标系L向车身坐标系b转换的转换矩阵)×(在路面距离计测装置坐标系L中表示的计测点坐标)+(在车身坐标系b中表示LIDAR801所安装的位置的点)
同样地设为在LIDAR802中也计测m个计测点列，且各自的值在路面距离计测装置坐标系L中为P2i＝(p2ixL、p2iyL、p2izL)(0＜i≤m)。此时，为了在车身坐标系b中表示各点，能够利用在车身坐标系b中表示LIDAR802所安装的位置的点(P2xb、P2yb、P2zb)如下式(2)那样求出。
[式2]
Figure BDA0001622495660000082
(在车身坐标系b中表示的路面上的计测点坐标)＝(从路面距离计测装置坐标系L向车身坐标系b转换的转换矩阵)×(在路面距离计测装置坐标系L中表示的计测点坐标)+(在车身坐标系b中表示LIDAR802所安装的位置的点)
接着，在步骤604中求出路面平面的法线矢量。该法线矢量是在车身坐标系b中表示路面坐标系r的Zr轴上的单位矢量。
将两个距离计测装置(在本实施方式中，LIDAR801、802)设为能取得计测的同步，通过1次扫描，能够将由各距离计测装置获得的两个点列合在一起而得到n+m个。将这些点所构成的平面设为路面，通过最小二乘法求出路面的法线矢量Ub。法线矢量Ub是表示路面的平面方程式Ax+By+Cz+D＝0的法线单位矢量，如下式(3)那样表示。
[式3]
Figure BDA0001622495660000091
其中，
Figure BDA0001622495660000092
法线矢量
根据在步骤603中求出来的、由两个路面距离计测装置105计测到的在车身坐标系b中表示的路面上的计测点坐标即P1i＝(p1ixL、p1iyL、p1izL)(0＜i≤n)和P2i＝(p2ixL、p2iyL、p2izL)(0＜i≤m)，利用最小二乘法，法线矢量Ub能够以下式(4)求出。
[式4]
Figure BDA0001622495660000093
其中
Figure BDA0001622495660000094
Figure BDA0001622495660000095
接着，在步骤605中，对从车身坐标系b向路面坐标系r转换的坐标转换矩阵进行计算。按照上述的定义，路面坐标系r是通过使将车身坐标系b的Xb轴、Yb轴投影到路面而得到的两个正交矢量exr、eyr及其法线ezr矢量分别与Xr轴、Yr轴、Zr轴一致而形成的。在步骤604中求出来的在车身坐标系b中表示的法线矢量Ub位于路面坐标系r的Zr轴上，因此，车身坐标系b的Zb轴与根据同样在车身坐标系中表示的路面的平面方程式获得的法线矢量Ub＝(A、B、C)之间的旋转矩阵Rb能够利用四元数(q0、q1、q2、q3)如下式(5)那样求出。
[式5]
Figure BDA0001622495660000101
其中，四元数(q0、q1、q2、q3)如下那样表示
Figure BDA0001622495660000102
其中，
Figure BDA0001622495660000103
如上述那样，在车身坐标系b中表示的路面的法线矢量Ub与路面坐标系的Zr轴重叠，因此，能够求出从车身坐标系b向路面坐标系r转换的坐标转换矩阵Crb＝Rt b。经由以上的处理流程而路车间姿势推定部121的处理结束。
接着，按照图9所示的流程对路面上惯性量计算部122的处理进行说明。图9是表示路面上惯性量计算部的处理流程的图。
首先，在步骤901中，通过车身姿势计测装置108对车身的姿势进行计测。在本实施方式中，姿势是求出针对在与重力加速度的朝向垂直地相交的平面上设定的整体坐标系e而言的向车身坐标系b的转换的参数。作为一个例子，日本特开2010-190806号公报中示出了通过安装3个位置推定装置来推定姿势的方法，通过将该方法适用于姿势计测机构，来对姿势进行计测。通过上述方法计测的姿势是从整体坐标系e向车身坐标系b转换的3个转换参数，称为侧倾角ψ、俯仰角φ、偏转角θ。
接着，在步骤902中，求出从整体坐标系e向车身坐标系b转换的坐标转换矩阵Ceb。在步骤901中计测到的角度是整体坐标系e的各轴Xe轴、Ye轴、Ze轴的旋转角度，在本实施方式中，考虑按照Ze轴、Ye轴、Xe轴的顺序与各个角度相应地使其旋转。此时，坐标转换矩阵Ceb如下式(6)那样求出。
[式6]
Figure BDA0001622495660000111
接着，在步骤903中对车身坐标系b中的惯性量进行计测。在此，惯性量是指加速度、角速度。车身惯性计测装置104对相对于车身坐标系b的各轴而言的包括重力加速度在内的加速度和角速度进行计测。在本实施方式中，作为车身惯性计测装置104，考虑分别设置于车身坐标系b的Xb轴、Yb轴、Zb轴的3轴加速度传感器、3轴陀螺仪传感器。
接着，在步骤904中，对由于车身103的运动而产生的加速度和角速度进行计算。使用在步骤902中算出的从整体坐标系e向车身坐标系b转换的坐标转换矩阵，并从在步骤903中获得的加速度传感器的输出值矢量αb中去除车身坐标系b中的重力项，来算出由于车身103的运动而产生的加速度矢量ab。
[式7]
Figure BDA0001622495660000112
其中，加速度传感器的输出值矢量αb为
Figure BDA0001622495660000113
Figure BDA0001622495660000114
是在整体坐标系中表示的Ze轴向下的重力加速度矢量
(车身坐标系b的车身加速度)＝(在车身坐标系b中计测到的加速度传感器输出值)―(从整体坐标系e向车身坐标系b转换的坐标转换矩阵)×(在整体坐标系e中表示的重力加速度矢量)
车身角速度只要没有在整体坐标系e中表示的误差输入，就直接使用在步骤903中获得的陀螺仪传感器的输出值矢量ωb(参照下式(8))。
[式8]
Figure BDA0001622495660000115
接着，在步骤905中，在路面坐标系r中表示车轮的接地点处的、由于车身运动而产生的加速度和角速度。使用由路车间姿势推定部121求出来的坐标转换矩阵Crb，在路面坐标系r中表示在步骤904中求出来的在车身坐标系b中表示的施加于车身的加速度矢量ab和作为车身坐标系各轴的角速度的陀螺仪传感器的输出值矢量ωb。利用从车身坐标系b向路面坐标系r转换的坐标转换矩阵Crb，在路面坐标系r中表示的车身惯性计测装置104上的加速度矢量ar和角速度矢量ωr如下式(9)那样表示。
[式9]
Figure BDA0001622495660000121
因而，车轮接地点的在路面坐标系r中表示的加速度矢量atr如下式(10)那样表示。
[式10]
Figure BDA0001622495660000122
(车轮接地点的在路面坐标系r中表示的加速度)＝(在路面坐标系r中表示的车身惯性计测装置上的加速度)+(源自在路面坐标系r中表示的角速度的传递分量)+(源自在路面坐标系r中表示的角速度的传递分量)
其中，
Figure BDA0001622495660000123
是路面上的角速度的微分值，作为简易的方法，也可以取采样时的差分。
Figure BDA0001622495660000124
是在车身坐标系中表示从车身惯性计测装置到各车轮101接地点的矢量。这是忽视车轮101的挠曲，根据事先的设计值而作为恒定值处理。
经过以上的处理流程而路面上惯性量计算部122的处理结束。
接着，参照图10和图11对车轮偏滑角推定部123的处理进行说明。图10是表示车轮偏滑角推定部的处理流程的图。图11是表示车轮的速度、加速度、舵角、偏滑角的关系的图。若求出了路面上的加速度、角速度，则在车轮偏滑角推定部123中，如以下那样求出各车轮101的偏滑角。
首先，在步骤1001中，取得由操舵角计测装置106计测到的车轮相对于车身坐标系b的Xb轴的倾斜δb。
接着，在步骤1002中，将车轮的倾斜δb转换成相对于路面坐标系r的Xr轴的倾斜δr1101。在此，根据车身坐标系b和路面坐标系r的定义，Xb轴和Xr轴的朝向一致，因此，明显可以设为δb＝δr1101。
接着，在步骤1003中，由车轮速度计测装置107取得车轮接地点处的车轮速度V。如前述那样车轮接地点处的车轮速度是路面上的行进速度(标量值)。
接着，在步骤1004中，求出在路面坐标系r中表示的车轮接地点处的速度矢量Vr1102。若设为车轮旋转量表示车轮的倾斜方向的旋转，则可以说在步骤1003中获得的车轮速度V是路面坐标系r的车轮接地点处的速度矢量Vr1102的大小，因此，路面坐标系r的车轮接地点处的速度矢量Vr1102能够如下式(11)那样表示。
[式11]
Figure BDA0001622495660000131
(路面坐标系r中的车轮接地点处的速度矢量)＝(路面坐标系r中的车轮速度的大小)×(由车轮倾斜引起的路面坐标系分配分量)，其中，V是从车轮速度计测装置107获得的速度，δr是在步骤1002中获得的相对于路面坐标系r的Xr轴的倾斜。
接着，在步骤1005中求出在路面坐标系r中表示的车轮接地点处的加速度矢量(dVr/dt)1103。加速度矢量设为对在步骤1004中计算出的速度矢量Vr1102进行时间微分而得到的值即可，因此，能够如以下这样表示。
[式12]
Figure BDA0001622495660000141
(路面坐标系r中的车轮接地点处的速度矢量)＝(路面坐标系r中的车轮速度的时间变化率)×(由车轮倾斜引起的路面坐标系分配分量)+(路面坐标系r中的车轮速度)×(由车轮倾斜引起的路面坐标系分配分量的时间变化率)
其中，
Figure BDA0001622495660000142
是从车轮速度计测装置107获得的速度V的1阶微分值，作为简易的方法，可以取采样时的差分。另外，
Figure BDA0001622495660000143
是在步骤1002中获得的相对于路面坐标系r的Xr轴的倾斜δr1101的1阶微分值。作为简易的方法，可以取采样时的差分。
接着，在步骤1006中，对路面坐标系r中的车轮接地点处的向心加速度矢量αtr1104进行计算。根据源自车身惯性计测装置104的路面坐标系r中的车轮接地点处的加速度矢量atr1112、与源自车轮速度计测装置107的在路面坐标系r中表示的车轮接地点处的加速度矢量(dVr/dt)1103之差，如下式(13)这样计算路面坐标系r中的车轮接地点处的向心加速度矢量αtr1104。
[式13]
Figure BDA0001622495660000144
(路面坐标系r中的车轮接地点处的向心加速度矢量)＝(源自车身惯性计测装置104的路面坐标系r中的车轮接地点处的加速度矢量)-(源自车轮速度计测装置107的在路面坐标系r中表示的车轮接地点处的加速度矢量)
接着，在步骤1007中求出车轮偏滑角。沿着与在步骤1006中的计算出的、路面坐标系r中的车轮接地点处的向心加速度矢量αtr1104垂直的方向而产生旋转速度分量、矢量vtr1105，因此，车轮的横偏滑角β1106作为路面坐标系r中的车轮接地点处的向心加速度矢量αtr1104与和车轮行进方向垂直地相交的矢量所成的角即横偏滑角β1106，而能够按照下式(14)求出。
[式14]
Figure BDA0001622495660000151
(横偏滑角度)＝arccos{(路面坐标系r中的车轮接地点处的向心加速度矢量与车轮横向的单位矢量的内积)/(路面坐标系r中的车轮接地点处的向心加速度矢量的大小)}
经过以上的处理流程而车轮偏滑角推定部123的处理结束。
图12是表示从上方观察车辆的2维速度矢量的图。车轮偏滑角推定部123能够通过上述的方法求出左前轮1202的偏滑角、右前轮1203的偏滑角、左后轮1204的偏滑角、右后轮1205的偏滑角。不过，在如左后轮1204、右后轮1205那样多个车轮相连而构成的情况下，也可以选择车轮与车轮之间而求出偏滑角。
利用以上的处理，能够在车轮偏滑角推定部123中使用安装于车身的车身惯性计测装置104的输出值来高精度地推定偏滑角。
根据第一实施方式，在车身重量大幅度变化的自卸卡车中，在车轮偏滑角推定部123中使用安装于车身的车身惯性计测装置的输出值，即使车身与路面不平行，也能够高精度地推定各车轮的偏滑角。
＜第二实施方式>
接着，以与第一实施方式不同的较少的计测装置的构成对车轮偏滑角推定方法进行说明。在第二实施方式中也假定为：自卸卡车进行动作的路面无论在哪一瞬间观察都是大概平坦的平面。另外，各坐标系的定义与第一实施方式相同。
图13是表示第二实施方式中的自卸卡车的功能构成的框图。自卸卡车100a与第一实施方式同样地由车轮101、将左右的车轮相连的车轮轴102、利用弹簧等与车轮轴相连的车身103构成。
作为安装于自卸卡车100a的车身103的车身惯性计测装置104，如图13所示，考虑具备对绕车身坐标系b的Zb轴的角速度进行计测的偏转角速度传感器1301的情况。另外，作为路面距离计测装置105，使用安装于车轮轴102的对行程(stroke)进行计测的行程传感器1302。具有对车轮的倾斜进行计测的操舵角计测装置106，替代车轮速度计测装置107而安装有在车身坐标系b中对车身103相对于路面的速度进行计测的车身速度计测装置1303。车身速度计测装置1303相当于通过由在第一实施方式中所使用那样的车身姿势计测装置等，将利用由例如安装于车身的GNSS天线计测的多普勒频率而推定的整体坐标系e的速度转换到车身坐标系b；或利用直接安装于车身的毫米波雷达对车身与路面之间的相对速度进行计测等。操舵角计测装置106对作为操舵轮的左前轮1202或者右前轮1203中的至少某一个的操舵角进行计测。
对第二实施方式中的车轮偏滑角的推定方法进行说明。首先，路车间姿势推定部1321利用行程传感器1302的计测值来对路面与由车身坐标系b的Xb轴Yb轴结成的平面之间的倾斜进行推定，作为从车身坐标系b向路面坐标系r转换的坐标转换矩阵Crb算出。
接着，路面上惯性量计算部1322对由偏转角速度传感器1301计测的车身103的绕Zb轴的角速度和由车身速度计测装置1303计测的车身的速度进行计测，并根据由路车间姿势推定部1321推定出的从车身坐标系b向路面坐标系r转换的坐标转换矩阵Crb，转换成在路面坐标系r中表示的车轮接地点的速度和角速度。并且，推定各车轮的偏滑角的车轮偏滑角推定部1323利用由操舵角计测装置106和路面上惯性量计算部1322获得的在路面坐标系r中表示的车轮接地点的速度和角速度，来求出车轮接地点的横速度，由此高精度地推定车轮偏滑角。
例示以上述的构成推定车轮偏滑角的一个方法。
首先，按照图14的流程对路车间姿势推定部1321的处理进行说明。图14是表示第二实施方式的路车间姿势推定部中的路车间姿势推定部的处理流程的图。
在步骤1401中，通过针对各车轮安装的行程传感器1302对从安装于车身103的行程传感器1302的起点到车轮轴102的距离进行计测。行程传感器1302设为在与车轮轴102垂直或者保持一定角度的状态下对车轮轴102与车身103的安装有行程传感器1302的起点的位置之间的距离进行计测。最终要推定的值是路面坐标系r和车身坐标系b的倾斜，因此，考虑能够忽视车轮101的应变，若假定为弹簧下的车轮轴与路面平面平行，则无需直接对路面上的点进行计测。
接着，在步骤1402中求出在车身坐标系b中表示的车轮轴102的位置。若从固定于合计n个行程传感器1302的路面距离计测装置坐标系L向车身坐标系b转换的坐标转换矩阵CbL通过对安装位置、方向进行计测而事先被提供，则当利用在路面距离计测装置坐标系L中表示的第i个行程传感器i(0＜i＜n)的输出liL而在车身坐标系b中表示所计测的车轮轴102的位置(pixb、piyb、pizb)时，能够利用在车身坐标系b中表示行程传感器的安装位置的点Pi(Pixb、Piyb、Pizb)以下这样求出。
[式15]
Figure BDA0001622495660000171
接着，在步骤1403中求出路面平面的法线矢量。在对合计n个点进行了计测的情况下，能够将最靠近这些点的平面作为与路面平行的平面求出，也能够求出使路面的法线矢量Ub平行移动而得到的矢量。在之后的求出倾斜时，该平面的法线矢量的起点并不重要，因此，可以将与路面平行的平面的法线矢量作为路面的法线矢量Ub。若利用最小二乘法求出路面的法线矢量Ub，则如下式(16)这样表示。
[式16]
Figure BDA0001622495660000181
其中，矢量Ub是平面Ax+By+Cz+D＝0的法线单位矢量。
根据在步骤1402中求出的、由行程传感器1302计测到的在车身坐标系b中表示的车轮轴102的点坐标(pixb、piyb、pizb)(3＜i)，利用最小二乘法，法线矢量Ub能够如以下这样求出。
[式17]
Figure BDA0001622495660000182
其中，
Figure BDA0001622495660000183
Figure BDA0001622495660000184
接着，在步骤1404中对从车身坐标系b向路面坐标系r转换的坐标转换矩阵进行计算。路面坐标系r是通过按照上述的定义，使将车身坐标系b的Xb轴、Yb轴投影到路面而得到的两个正交矢量exr、eyr及其法线ezr矢量分别与Xr轴、Yr轴、Zr轴一致而形成的。能够与第一实施方式的步骤605同样地，根据在步骤1403中求出的车身坐标系b的Zb轴、与法线矢量Ub＝(A、B、C)之间的旋转矩阵Rb，求出从车身坐标系b向路面坐标系r转换的坐标转换矩阵Crb，其中，法线矢量Ub＝(A、B、C)是根据同样在车身坐标系中表示的与路面平行的平面方程式获得的。
通过以上步骤，路车间姿势推定部1321的处理结束。
接着，按照图15的流程对路面上惯性量计算部1322的处理进行说明。图15是表示第二实施方式中的路面上惯性量计算部的处理流程的图。
首先，在步骤1501中从车身速度计测装置1303取得车身速度矢量Vb。能够由车身速度计测装置1303计测的是车身速度计测装置1303所安装的位置处的车身103相对于路面的、车身坐标系b的各轴向上的速度。
接着，在步骤1502中，通过偏转角速度传感器1301对绕车身坐标系b的Zb轴的在车身坐标系b中表示的角速度进行计测。
接着，在步骤1503中，根据由路车间姿势推定部1321求出的坐标转换矩阵Crb，将在步骤1501中取得的车身速度矢量Vb、和在步骤1502中取得的车身坐标系Zb轴的角速度即陀螺仪传感器的输出值ωzb表示在路面坐标系r中。利用从车身坐标系b向路面坐标系r转换的坐标转换矩阵Crb，与路面平行的平面上的速度矢量Vr和角速度矢量ωr如下式(18)那样表示。
[式18]
Figure BDA0001622495660000191
因而，与路面平行的平面上的在路面坐标系r中表示的各车轮轴位置处的速度矢量Vtr如下式(19)那样表示。
[式19]
Figure BDA0001622495660000192
(与路面平行的平面上的在路面坐标系r中表示的各车轮轴位置处的速度)＝(车身速度计测装置位置处的在路面坐标系r中表示的速度)+(源自在路面坐标系r中表示的角速度的传递分量)
其中，
Figure BDA0001622495660000193
是将从车身速度计测装置1303到各车轮轴102为止的矢量在车身坐标系b中表示。
经过以上的处理流程而路面上惯性量计算部1322的处理结束。
接着，在车轮偏滑角推定部1323中对参照了图16和图17的第二实施方式中的车轮偏滑角推定部的处理进行说明。图16是表示第二实施方式中的实施例2的车轮偏滑角推定机构的处理流程的图。图17是表示第二实施方式中的车轮的速度、偏滑角的关系的模型图。
首先，在步骤1601中，取得由操舵角计测装置106计测到的车轮相对于车身坐标系b的Xb轴的倾斜δb。
接着，在步骤1602中，将车轮的倾斜δb转换成相对于路面坐标系r的Xr轴的倾斜δr1701。在此，根据车身坐标系b和路面坐标系r的定义，Xb轴与Xr轴的朝向一致，因此，明显可以设为δb＝δr1701。
接着，在步骤1603中，取得由路面上惯性量计算部1322计算出的各车轮轴102的与路面平行的平面上的在路面坐标系r中表示的各车轮轴位置处的速度矢量Vtr。
接着，在步骤1604中，根据在步骤1602中取得的车轮101相对于路面坐标系r的倾斜δ1701、以及在步骤1603中求出的与路面平行的平面上的各车轮轴位置处的速度矢量Vtr，对车轮偏滑角进行计算。车轮的横偏滑角β1702能够由下式(20)求出。
[式20]
Figure BDA0001622495660000201
(车轮偏滑角)＝arccos((在路面坐标系r中表示的与路面平行的平面上的各车轮轴位置处的速度的横向分量)/(与路面平行的平面上的各车轮轴位置处的速度的大小))-(在路面坐标系r中表示的操舵角)
根据第二实施方式，与第一实施方式同样地，在车身重量大幅度变化的自卸卡车中，在车轮偏滑角推定部123中使用安装于车身的车身惯性计测装置的输出值，即使车身与路面不平行，也能够高精度地推定各车轮的偏滑角。此外，能够以比第一实施方式少的计测装置的构成推定车轮偏滑角。
上述实施方式并不限定本发明，能具有在不脱离本发明的主旨的范围内的各种变更的形态。例如，作为本发明的构成，即使将第一实施方式的一部分和第二实施方式的一部分更换或者组合起来，也能获得同样的效果。
附图标记说明
100、100a 自卸卡车
101 车轮
102 车轮轴
103 车身
104 车身惯性计测装置
105 路面距离计测装置
106 操舵角计测装置
107 车轮速度计测装置
120、120a 车轮偏滑角算出装置
121 路车间姿势推定部
122 路面上惯性量计算部
123 车轮偏滑角推定部

Claims (9)

1.一种自卸卡车的车轮的偏滑角推定装置，该自卸卡车搭载有车轮以及经由悬架搭载在该车轮上的车身，并具备：车身惯性计测装置，其安装于该车身，输出车身的加速度和角速度；路面距离计测装置，其安装于所述车身，对到包括所述车轮的接地点在内的路面的距离进行计测；车轮速度计测装置，其输出基于所述车轮的转速的车轮速度；以及操舵角计测装置，其对所述车轮的操舵角进行计测，
该自卸卡车的车轮的偏滑角推定装置的特征在于，具备：
路车间姿势推定部，其利用所述路面距离计测装置所计测的到所述路面上的计测点的距离的系列，对从车身坐标系转换到路面坐标系的车身―路面坐标转换信息进行推定，其中，该车身坐标系是由所述车身的前后轴、左右轴、以及与前后轴和左右轴正交的上下轴构成的3轴正交坐标系，该路面坐标系是由将所述前后轴和所述左右轴投影到所述路面而得到的正交2轴、和与该正交2轴垂直的路面垂直轴构成的3轴正交坐标系；
路面上惯性量计算部，其从在所述车身坐标系中定义的由所述车身惯性计测装置计测到的车身的加速度中去除重力加速度分量而求出由于所述车身的运动而产生的加速度和角速度，利用所述车身―路面坐标转换信息将该由于车身的运动而产生的加速度和角速度转换到所述路面坐标系；和
车轮偏滑角推定部，其基于来自所述操舵角计测装置的操舵角和所述车轮速度计测装置所计测的车轮速度，求出沿着所述车轮的倾斜方向的源自所述车轮速度计测装置的车轮加速度矢量，利用转换到所述路面坐标系的由于车身的运动而产生的加速度和角速度，求出源自所述车身惯性计测装置的、车轮接地点处的加速度矢量，并基于该加速度矢量与源自所述车轮速度计测装置的、车轮接地点处的车轮加速度矢量之间的差值，推定所述车轮的横偏滑角度。
2.根据权利要求1所述的自卸卡车的车轮的偏滑角推定装置，其特征在于，
所述路车间姿势推定部基于到所述路面上的计测点的距离的系列，求出在所述车身坐标系中定义的所述路面的法线矢量，算出所述路面垂直轴和所述法线矢量的倾斜角，利用该倾斜角来推定所述车身―路面坐标转换信息。
3.根据权利要求1所述的自卸卡车的车轮的偏滑角推定装置，其特征在于，
该自卸卡车的车轮的偏滑角推定装置还具备对所述车身相对于整体坐标系的偏移量进行计测的车身姿势计测装置，
所述路面上惯性量计算部基于所述车身姿势计测装置的计测值，对姿势即从所述整体坐标系转换到所述车身坐标系的整体―车身坐标转换信息进行推定，利用该整体―车身坐标转换信息将重力加速度转换到所述车身坐标系，并将转换后的重力加速度从所述车身惯性计测装置所计测到的所述车身的加速度中去除。
4.根据权利要求1所述的自卸卡车的车轮的偏滑角推定装置，其特征在于，
所述车轮偏滑角推定部根据源自所述车轮速度计测装置的车轮加速度矢量与源自所述车身惯性计测装置的加速度矢量的差值，求出所述路面坐标系中的向心加速度矢量，将在所述路面上与源自所述车轮速度计测装置的车轮加速度矢量垂直地相交的矢量、与所述向心加速度矢量所成的角推定为车轮的横偏滑角度。
5.根据权利要求1所述的自卸卡车的车轮的偏滑角推定装置，其特征在于，
所述自卸卡车具备左前轮、右前轮、左后轮、以及右后轮，
所述车轮的偏滑角推定部针对左前轮、右前轮、左后轮、以及右后轮，分别求出各车轮与所述路面接地的各车轮接地点处的源自所述车轮速度计测装置的车轮加速度矢量、以及所述各车轮接地点处的源自所述车身惯性计测装置的加速度矢量，并基于这些矢量对各所述车轮的横偏滑角度进行推定。
6.根据权利要求1所述的自卸卡车的车轮的偏滑角推定装置，其特征在于，
所述路面距离计测装置在同一采样时间对所述路面上的两点以上进行计测，其中该两点以上能够以与所述车身的行进方向相交的1条直线连结或者近似。
7.一种自卸卡车的车轮的偏滑角推定装置，该自卸卡车搭载有车轮以及经由悬架搭载在该车轮上的车身，并具备：行程传感器，其对所述车轮与所述车身的行程距离进行计测；车身速度计测装置，其对所述车身的速度进行计测；偏转角速度传感器，其对所述车身的偏转角速度进行计测；以及操舵角计测装置，其对所述车轮的操舵角进行计测，
该自卸卡车的车轮的偏滑角推定装置的特征在于，具备：
路车间姿势推定部，其利用所述行程距离对从车身坐标系转换到路面坐标系的车身―路面坐标转换信息进行推定，其中，该车身坐标系是由所述车身的前后轴、左右轴、以及与前后轴和左右轴正交的上下轴构成的3轴正交坐标系，该路面坐标系是由将所述前后轴和所述左右轴投影到连结所述车轮的车轮轴位置处的与所述车轮所接地的路面平行的平面而得到的正交2轴、和与该正交2轴垂直的路面垂直轴构成的3轴正交坐标系；
路面上惯性量计算部，其基于所述车身―路面坐标转换信息，将所述偏转角速度传感器所输出的所述车身的角速度和所述车身速度计测装置计测到的车身速度矢量转换到所述路面坐标系，并基于这些转换到路面坐标系的所述车身的角速度和所述车身速度矢量，对所述平面上的所述车轮轴位置处的在所述路面坐标系中表示的车身速度矢量进行推定；和
车轮偏滑角推定部，其基于所述车轮轴位置处的车身速度矢量的横向分量除以所述车身速度矢量的大小而得到的值、以及从所述操舵角计测装置取得的操舵角，对所述车轮的横偏滑角度进行推定。
8.一种自卸卡车的车轮的偏滑角推定方法，该自卸卡车搭载有车轮以及经由悬架搭载在该车轮上的车身，
该自卸卡车的车轮的偏滑角推定方法的特征在于，包括以下步骤：
路面距离计测装置安装于所述车身且对所述车身到所述车轮所接地的路面的距离进行测定，利用该路面距离计测装置计测到的到所述路面上的计测点的距离的系列，对从车身坐标系转换到路面坐标系的车身―路面坐标转换信息进行推定的步骤，其中，该车身坐标系是由所述车身的前后轴、左右轴、以及与前后轴和左右轴正交的上下轴构成的3轴正交坐标系，该路面坐标系由将所述前后轴和所述左右轴投影到所述路面而得到的正交2轴、和与该正交2轴垂直的路面垂直轴构成的3轴正交坐标系；
取得安装于所述车身的车身惯性计测装置计测到的加速度和角速度，从该加速度中去除重力加速度分量而求出由于所述车身的运动而产生的加速度和角速度，利用所述车身―路面坐标转换信息将该由于车身的运动而产生的加速度和角速度转换到所述路面坐标系的步骤；和
从对所述车轮的操舵角进行计测的操舵角计测装置取得操舵角，从对基于所述车轮的转速的车轮速度进行计测的车轮速度计测装置取得车轮速度，求出沿着所述车轮的倾斜方向的源自所述车轮速度计测装置的车轮加速度矢量，利用转换到所述路面坐标系的由于车身的运动而产生的加速度和角速度，求出源自所述车身惯性计测装置的、车轮接地点处的加速度矢量，并基于该加速度矢量与源自所述车轮速度计测装置的、车轮接地点处的车轮加速度矢量之间的差值，对所述车轮的横偏滑角度进行推定的步骤。
9.一种自卸卡车的车轮的偏滑角推定方法，该自卸卡车搭载有车轮以及经由悬架搭载在该车轮上的车身，
该自卸卡车的车轮的偏滑角推定方法的特征在于，包括以下步骤：
利用从对所述车轮与所述车身的行程距离进行计测的行程传感器取得的所述行程距离，对从车身坐标系转换到路面坐标系的车身―路面坐标转换信息进行推定的步骤，其中，该车身坐标系是由所述车身的前后轴、左右轴、以及与前后轴和左右轴正交的上下轴构成的3轴正交坐标系，该路面坐标系是由将所述前后轴和所述左右轴投影到连结所述车轮的车轮轴位置处的与所述车轮所接地的路面平行的平面而得到的正交2轴、和与该正交2轴垂直的路面垂直轴构成的3轴正交坐标系；
从对所述车身的偏转角速度进行计测的偏转角速度传感器取得所述车身的角速度，从对所述车身的速度进行计测的车身速度计测装置取得车身速度矢量，基于所述车身―路面坐标转换信息将所取得的所述角速度和所述车身速度矢量转换到所述路面坐标系，并基于这些转换到路面坐标系的所述角速度和所述车身速度矢量，对所述平面上的所述车轮轴位置处的在所述路面坐标系中表示的车身速度矢量进行推定的步骤；和
基于所述车轮轴位置处的车身速度矢量的横向分量除以所述车身速度矢量的大小而得到的值、和从对所述车轮的操舵角进行计测的操舵角计测装置取得的操舵角，对所述车轮的横偏滑角度进行推定的步骤。
CN201680059002.5A 2015-11-11 2016-09-07 车轮的偏滑角推定装置及其方法 Active CN108137091B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-221359 2015-11-11
JP2015221359A JP6473684B2 (ja) 2015-11-11 2015-11-11 車輪の滑り角推定装置及びその方法
PCT/JP2016/076352 WO2017081921A1 (ja) 2015-11-11 2016-09-07 車輪の滑り角推定装置及びその方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108137091A CN108137091A (zh) 2018-06-08
CN108137091B true CN108137091B (zh) 2020-04-28

Family

ID=58695163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680059002.5A Active CN108137091B (zh) 2015-11-11 2016-09-07 车轮的偏滑角推定装置及其方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10625747B2 (zh)
EP (1) EP3375694B1 (zh)
JP (1) JP6473684B2 (zh)
CN (1) CN108137091B (zh)
WO (1) WO2017081921A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019111559A1 (ja) * 2017-12-05 2019-06-13 日本電産株式会社 移動ロボットの制御装置および移動ロボットシステム
US10308259B1 (en) * 2018-06-11 2019-06-04 Caterpillar Inc. Slip determining system and methods for a machine
WO2020090863A1 (ja) * 2018-10-30 2020-05-07 東京計器株式会社 誤差補正装置
US11187719B2 (en) * 2019-01-08 2021-11-30 Qualcomm Incorporated In-motion initialization of accelerometer for accurate vehicle positioning
CN110705120B (zh) * 2019-10-12 2023-05-23 中国水利水电第七工程局有限公司 一种隧道无轨自行式变质量平台车的重心位置动态计算方法
US20210156881A1 (en) * 2019-11-26 2021-05-27 Faro Technologies, Inc. Dynamic machine vision sensor (dmvs) that performs integrated 3d tracking
WO2022056816A1 (zh) * 2020-09-18 2022-03-24 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种车辆防抖稳定器感知方法、应用、系统
JP2022104270A (ja) * 2020-12-28 2022-07-08 本田技研工業株式会社 車両状態推定装置、車両状態推定方法、及び、車両状態推定プログラム
US11872994B2 (en) * 2021-10-30 2024-01-16 Zoox, Inc. Estimating vehicle velocity
WO2023169652A1 (en) * 2022-03-07 2023-09-14 Volvo Truck Corporation Radar systems for determining vehicle speed over ground
CN115218860B (zh) * 2022-09-20 2022-12-09 四川高速公路建设开发集团有限公司 一种基于Mems加速度传感器的道路形变预测方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4213994B2 (ja) * 2003-05-28 2009-01-28 株式会社豊田中央研究所 タイヤグリップ度推定装置及び方法、走行状態制御方法
US7885750B2 (en) * 2006-08-30 2011-02-08 Ford Global Technologies Integrated control system for stability control of yaw, roll and lateral motion of a driving vehicle using an integrated sensing system to determine a sideslip angle
US8712639B2 (en) * 2006-08-30 2014-04-29 Ford Global Technologies Integrated control system for stability control of yaw, roll and lateral motion of a driving vehicle using an integrated sensing system to determine longitudinal velocity
DE102007017821A1 (de) * 2007-04-16 2008-10-23 Liebherr-Werk Biberach Gmbh Lastkraftwagen
DE102008013102A1 (de) * 2007-10-19 2009-04-23 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Fahrzustandsbeobachtung
JP2010076617A (ja) 2008-09-26 2010-04-08 Toyota Motor Corp 車両用操舵角制御装置
JP5185854B2 (ja) * 2009-02-16 2013-04-17 本田技研工業株式会社 路面摩擦係数推定装置
US9221439B2 (en) * 2009-02-16 2015-12-29 Honda Motor Co., Ltd. Road surface frictional coefficient estimating apparatus
JP5706253B2 (ja) * 2011-07-04 2015-04-22 日立建機株式会社 電気駆動ダンプトラック
MX2015004135A (es) * 2012-10-04 2015-07-06 Nissan Motor Dispositivo para control de la direccion.
JP6095065B2 (ja) * 2013-09-13 2017-03-15 日立建機株式会社 ダンプトラック

Also Published As

Publication number Publication date
EP3375694B1 (en) 2020-10-21
US10625747B2 (en) 2020-04-21
JP6473684B2 (ja) 2019-02-20
EP3375694A4 (en) 2019-07-17
CN108137091A (zh) 2018-06-08
EP3375694A1 (en) 2018-09-19
JP2017087997A (ja) 2017-05-25
US20180312170A1 (en) 2018-11-01
WO2017081921A1 (ja) 2017-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108137091B (zh) 车轮的偏滑角推定装置及其方法
KR102437124B1 (ko) 장애물과의 충돌이 임박한 경우에 자동차의 조향 수단을 제어하기 위한 시스템
US11441905B2 (en) Inertial navigation device and inertial navigation method
JP2017087997A5 (zh)
CN113819914A (zh) 一种地图构建方法及装置
KR101711964B1 (ko) 자유 공간 지도 생성 방법, 자유 공간 지도 생성 시스템, 자유 공간 지도를 이용한 전경/배경 추출 방법 및 전경/배경 추출 시스템
CN113432553B (zh) 一种挂车夹角的测量方法、装置及车辆
US9678210B2 (en) Error estimation in real-time visual odometry system
US20200386782A1 (en) Apparatus and method for calibrating inertial measuring unit
JP6380550B2 (ja) 表示装置及び表示方法
CN111452786B (zh) 一种无人车辆避障方法及系统
CN111976730A (zh) 具有类驾驶员视角的底盘域控制器及车辆的控制方法
Parra-Tsunekawa et al. A kalman-filtering-based approach for improving terrain mapping in off-road autonomous vehicles
CN113759347A (zh) 坐标关系的标定方法、装置、设备及介质
JP2015215299A (ja) 対象物位置推定装置
JP2017188743A (ja) カメラキャリブレーション装置およびカメラキャリブレーション方法
JP5895682B2 (ja) 障害物検出装置及びそれを備えた移動体
US11938944B2 (en) Method and system for determining and displaying a wading situation
JP7382799B2 (ja) 物体認識方法及び物体認識装置
US20220041167A1 (en) Information processing apparatus, mobile apparatus, method, and program
US20240051359A1 (en) Object position estimation with calibrated sensors
TWI394944B (zh) 車輛姿態估測系統與方法
US20230154313A1 (en) Sensor localization
JP5916559B2 (ja) 車両の操舵制御装置
US20230136871A1 (en) Camera calibration

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant