CN112770959A - 转向控制装置、转向控制方法以及转向控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明的转向控制装置、转向控制方法以及转向控制系统将产生相对于横向摆动运动成为相反相位的周期性的横摆力矩的指令输出到控制车辆的后轮的转向角的后轮转向装置，所述横向摆动运动是在包括车辆和拖车在内的连结车产生的运动。

Description

转向控制装置、转向控制方法以及转向控制系统

技术领域

本发明涉及对牵引拖车的车辆的转向进行控制的转向控制装置、转向控制方法以及转向控制系统。

背景技术

专利文献1公开了如下的车辆的稳定化方法：在由汽车以及拖车构成的连结车中产生了横向摆动运动时，通过自动制动工作而产生相对于横向摆动运动成为相反相位的周期性的横摆力矩。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-021769号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在车辆的自动制动器中能够产生的横摆力矩相对于大型的拖车不充分，有可能无法有效地抑制横向摆动运动。

另外，由于用于抑制横向摆动运动的制动工作，因此存在车辆的速度发生变化这样的课题。

本发明的目的在于提供一种能够抑制车辆的速度变化，并且即便在连结更大的拖车的情况下也能够抑制横向摆动运动的转向控制装置、转向控制方法以及转向控制系统。

用于解决课题的方案

根据本发明的一实施方式，在其一个方案中，将产生相对于横向摆动运动成为相反相位的周期性的横摆力矩的指令输出到控制车辆的后轮的转向角的后轮转向装置，所述横向摆动运动是在包括车辆和拖车在内的连结车产生的运动。

根据本发明的一实施方式，能够抑制车辆的速度变化，并且即便在连结大型的拖车的情况下也能够抑制横向摆动运动。

附图说明

图1是转向控制系统的概略结构图。

图2是转向控制装置的结构框图。

图3是用于说明由车辆(拖拉机)以及拖车构成的连结车的运动的图。

图4是转向控制装置的控制模块线图。

图5是表示3轮车辆模型中的各变量的图。

图6是表示拖车稳定化控制的顺序的流程图。

图7是例示拖车稳定化控制中的转向角、横摆率、拖车外力的变化的时序图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的转向控制装置、转向控制方法以及转向控制系统的实施方式进行说明。

图1是转向控制系统的概略结构图。

图1的车辆10是牵引拖车50(被牵引车辆)的牵引车辆(拖拉机)。

车辆10是具备左右一对前轮11、11以及左右一对后轮12、12的4轮车辆。

车辆10具备：通过驾驶员操作的转向轮(方向盘)13的输入来操作前轮11、11的转向角的前轮转向装置14、以及具有根据来自转向控制装置30(转向控制部)的指令对后轮12、12的转向角进行操作的转向致动器的后轮转向装置16。

需要说明的是，转向控制装置30是具备具有MPU(Microprocessor Unit：微处理器单元)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等的微型计算机的电子控制装置。

另外，车辆10具备：识别车辆10的前方的行驶车道、障碍物的第一外界识别传感器17、以及识别车辆10的后方的障碍物、拖车50的第二外界识别传感器18。

需要说明的是，第一外界识别传感器17，第二外界识别传感器18(外界识别部)例如具有单眼相机和对该单眼相机的图像进行处理的图像处理部，通过图像处理，取得行驶车道、障碍物、拖车运动等识别信息。

另外，第一外界识别传感器17、第二外界识别传感器18也可以通过立体相机、激光雷达等形状识别装置，取得行驶车道、障碍物、拖车运动等识别信息。

车辆10和拖车50例如通过由挂钩球和挂钩连接器构成的挂钩部19(连结器)连结。

在由上述车辆10和拖车50构成的连结车中，由于过快的速度、不规则的路面、侧风等的影响，有时在行驶中产生横向摆动运动(或摆式运动)。

而且，当在连结车产生横向摆动运动时，拖车50绕其垂直轴振动，并且经由挂钩部19使车辆10振动，损害连结车的稳定性。

因此，转向控制装置30实施对车辆10的后轮转向角进行控制的拖车稳定化控制，以产生相对于在包括车辆10和拖车50在内的连结车产生的横向摆动运动成为相反相位的周期性的横摆力矩，通过该拖车稳定化控制，抑制横向摆动而使连结车稳定化。

图2是转向控制装置30的结构框图。

转向控制装置30输入包含来自驾驶员20操作的加速踏板21的油门开度信息AO、来自驾驶员20操作的制动踏板22的制动器开度信息BO、由驾驶员20操作的转向轮13的角度信息等在内的驾驶员操作信息。

另外，转向控制装置30从外界识别传感器17、18输入与车辆前方及车辆后方的行驶车道、障碍物相关的信息、以及与车辆后方的拖车50的运动相关的信息。

进而，转向控制装置30输入与来自车速传感器23的车辆10的车身速度即车速V相关的信息、与来自前后G/左右G传感器24的前后加速度及左右加速度相关的信息。

转向控制装置30具有作为输入上述各种信息的信息处理部31、拖车状态推定部32、拖车运动控制部33、致动器控制部34的功能。

信息处理部31基于驾驶员操作信息、外界识别信息及运动状态的信息、以及存储于存储器的车辆10及拖车50的车辆规格信息，计算连结车的运动状态。

拖车状态推定部32基于由信息处理部31算出的连结车的运动状态，推定拖车50的运动状态。

拖车运动控制部33生成用于使拖车状态推定部32推定出的拖车50的运动状态稳定化的控制输入。

致动器控制部34为了实现拖车运动控制部33生成的控制输入，向后轮转向装置16的转向致动器输出转向角指令来控制后轮转向角。

图3是用于说明由车辆(拖拉机)10以及拖车50构成的连结车的运动的图。

在由车辆10以及拖车50构成的连结车中，绕车辆10的重心10A的横摆旋转运动Y1主要由从路面传递到车辆10的前轮11、11的力Ff、从路面传递到车辆10的后轮12、12的力Fr、以及从拖车50侧施加于挂钩部19并传递到车辆10的力Fh产生。

另一方面，绕拖车50的重心50A的横摆旋转运动Y2由从拖车50侧施加于挂钩部19并传递到车辆10的力Fh、以及从路面传递到拖车50的左右一对行驶轮51、51的力F1产生。

而且，车辆10中的力Ff以及力Fr根据前轮转向角δf、后轮转向角δr、侧滑角、速度等车辆10的运动状态来决定其大小。

在此，在不是连结车而是车辆10单体的情况下，基于车辆10的横摆转动惯量，通过力Ff以及力Fr决定在车辆10中产生的横摆率，因此，转向控制装置30只要基于车辆10的运动状态求出力Ff以及力Fr，就能够推定车辆单体中的横摆率。

而且，转向控制装置30通过将车辆10单体的情况下的推定横摆率与在连结车实际产生于车辆10的横摆率进行比较，从而能够推定力Fh(拖车外力)。

另一方面，在拖车50的车辆规格已知的情况下，若外界识别传感器18等计测拖车50的横摆运动(横摆)，则转向控制装置30能够求出拖车50的侧滑角、速度等运动状态，能够根据这些来推定从路面传递到拖车50的行驶轮51、51的力F1。

如上所述，转向控制装置30通过对施加于挂钩部19的力Fh(拖车外力)以及从路面传递到拖车50的行驶轮51、51的力F1进行推定，从而能够推定拖车50的横摆率等状态。

而且，转向控制装置30通过基于拖车状态的推定结果对车辆10的后轮转向角进行控制，从而对从路面传递到车辆10的后轮12、12的力Fr进行操作，利用挂钩部19的力产生抑制在拖车50产生的横摆运动的方向的力，从而抑制连结车的横向摆动。

在此，由于因连结车的横向摆动而在车辆10以及拖车50产生的横摆率周期性地变动，因此，由转向控制装置30进行的后轮转向角的控制成为产生相对于横向摆动运动成为相反相位的周期性的横摆力矩的指令。

需要说明的是，通过在拖车50上搭载横摆率传感器、加速度传感器，转向控制装置30能够根据传感器输出直接求出从路面传递到拖车50的行驶轮51、51的力F1。

图4是转向控制装置30的控制模块线图。

转向控制装置30首先将油门开度信息AO、制动器开度信息BO、以及转向轮角度信息等驾驶员的操作信息301、后轮转向角302的信息向基于车辆规格的车辆模型303输入，计算车辆10单体时的理论车辆响应304。

另外，转向控制装置30基于来自车速传感器23、前后G/左右G传感器24等车载传感器305(车辆运动状态取得部)的车辆运动信息(与车辆10的运动状态相关的信息)来求出实际车辆响应306。

接着，转向控制装置30基于理论车辆响应304与实际车辆响应306的差值，推定施加于车辆10的拖车外力307(从拖车50侧施加于挂钩部19并传递到车辆10的力Fh)。

进而，转向控制装置30基于拖车外力307和由外界识别传感器18识别出的拖车50的运动，推定施加于拖车50的力、横摆力矩等拖车状态308。

而且，转向控制装置30通过拖车运动控制309计算抑制拖车50的横摆运动的横摆力矩，通过使后轮转向角302变化来实际产生抑制拖车50的横摆运动的横摆力矩。

在此，转向控制装置30在由拖车50产生超过阈值的横摆运动的情况下，换言之，在拖车50的横摆运动超过允许水平时，通过后轮转向而产生抑制该拖车50的横摆运动的横摆力矩，使拖车50的横摆运动降低。

需要说明的是，转向控制装置30能够使用搭载于拖车50的横摆率传感器、加速度传感器、计测挂钩部19的角度的传感器等来进行拖车运动的计测。

图5表示3轮车辆模型。

在图5中，x、y、z是车辆10的坐标系的坐标轴。在该坐标系中，坐标轴x的正方向是车辆10的前方向，坐标轴y的正方向是车辆10的左方向，坐标轴z的正方向是车辆10的上方向。

另外，xt、yt、zt是拖车50的坐标系的坐标轴。在该坐标系中，坐标轴xt的正方向是拖车50的前方向，坐标轴yt的正方向是拖车50的左方向，坐标轴zt的正方向是拖车50的上方向。

另外，Lf是前轮11、11与车辆重心10A之间的距离，Lr是后轮12、12与车辆重心10A之间的距离，Lh是挂钩部19与车辆重心10A之间的距离，Lth是挂钩部19与拖车重心50A之间的距离，Ltr是拖车50的行驶轮51、51与拖车重心50A之间的距离。

另外，mv是车辆10的质量，Jvzz是车辆10的横摆转动惯量，ψ是车辆10的横摆角(点是横摆角速度)，mt是拖车50的质量，Jtzz是拖车50的横摆转动惯量，ψt是拖车50的横摆角(点是横摆角速度)。

另外，δf是车辆10的前轮11、11的转向角，δr是车辆10的后轮12、12的转向角。

另外，fxf是车辆10的前轮11、11的纵向的轮胎力，将正方向设为车辆10的前方向。Fyf是车辆10的前轮11、11的横向的轮胎力，将正方向设为车辆10的左方向。Fxr是车辆10的后轮12、12的纵向的轮胎力，将正方向设为车辆10的前方向。Fyr是车辆10的后轮12、12的横向的轮胎力，将正方向设为车辆10的左方向。

另外，fxh是纵向的挂钩力，将正方向设为前方向，fyh是横向的挂钩力，将正方向设为左方向。另外，fxt是拖车50的行驶轮51、51的纵向的轮胎力，将正方向设为拖车50的前方向，fyt是拖车50的行驶轮51、51的横向的轮胎力，将正方向设为拖车50的左方向。

另外，ε是挂钩角。

而且，车辆10的运动方程式如数学式1那样。

[式1]

同样地，拖车50的运动方程式如数学式2那样。

[式2]

在此，将运动方程式如数学式3那样定义。

[式3]

需要说明的是，数学式3的各变量如数学式4所示那样。

[式4]

转向控制装置30通过使用基于数学式5的观测器(状态推定器)的推定结果，能够根据数学式6来推定拖车50的运动。

[式5]

[式6]

而且，转向控制装置30基于推定出的拖车50的运动，进行拖车稳定化控制(后轮转向控制)。

图6是表示上述拖车稳定化控制的顺序的流程图。

转向控制装置30首先在步骤S501中取得前轮转向角δf等驾驶员的操作信息。

另外，转向控制装置30在步骤S502中取得车载传感器检测到的车辆10的横摆率、车速等车辆运动信息(车载传感器信息)。

接着，转向控制装置30在步骤S503中基于在步骤S501中取得的驾驶员的操作信息求出理论车辆响应，并且基于在步骤S502中取得的车辆运动信息(车载传感器信息)求出实际车辆响应，进而求出理论车辆响应与实际车辆响应的差值。

接下来，转向控制装置30在步骤S504中基于理论车辆响应与实际车辆响应的差值，求出拖车外力(从拖车50侧施加于挂钩部19并向车辆10传递的力Fh)。

另外，转向控制装置30在步骤S505中通过外界识别传感器18取得拖车50相对于车辆10的相对位置的信息。

接下来，转向控制装置30在步骤S506中基于在步骤S504中求出的拖车外力、车辆10与拖车50的相对位置，对拖车50的横摆率等拖车状态进行推定。

接着，转向控制装置30在步骤S507中求出车辆10的横摆率与拖车50的横摆率的差值，判断差值的绝对值是否超过阈值。

在此，在车辆10的横摆率与拖车50的横摆率的差值的绝对值未超过阈值的情况下，转向控制装置30回到步骤S501，不实施拖车稳定化控制。

另一方面，在车辆10的横摆率与拖车50的横摆率的差值的绝对值超过阈值，为了提高连结车的稳定性而需要抑制拖车50的横摆运动的情况下，转向控制装置30在步骤S508中求出用于抑制拖车50的横摆运动的挂钩力(拖车运动补偿挂钩力)。

接着，转向控制装置30进入步骤S509，求出用于产生在步骤S508中求出的挂钩力的目标后轮转向角δr。

接下来，转向控制装置30进入步骤S510，基于在步骤S509中求出的目标后轮转向角δr来控制后轮转向装置16(转向致动器)。

转向控制装置30通过该后轮转向控制，以车辆10的横摆率与拖车50的横摆率之差变小的方式控制拖车50的运动。

图7是例示转向控制装置30实施拖车稳定化控制时的横摆率、后轮转向角的变化的时序图。

当车辆10的驾驶员进行转向而前轮转向角δf发生变化时，转向控制装置30基于车速、车辆规格而算出的车辆10单体中的理论车辆横摆率(理论车辆响应)根据前轮转向角δf的变化而发生响应变化。

在此，在将拖车50连结于车辆10的情况下，车辆10的实际的横摆率通过车辆10受到来自拖车50的外力(拖车外力)而示出与理论车辆横摆率不同的举动，若拖车50进行横向摆动运动，则拖车外力周期性地变动，从而车辆10的实际的横摆率也周期性地变动。

此时，转向控制装置30求出的拖车50的横摆率的推定值表示与拖车外力相应的变动。

在此，转向控制装置30求出理论车辆横摆率与推定拖车横摆率的差值，在差值超过阈值时，输出后轮转向角的指令，该后轮转向角的指令产生相对于横向摆动运动成为相反相位的周期性的横摆力矩。

通过该后轮转向控制，使拖车50的横摆率稳定化。

在由转向控制装置30进行的拖车稳定化控制中，对后轮12、12的转向角进行控制，因此，能够抑制车辆10的速度随着拖车稳定化控制而发生变化。

另外，能够通过后轮转向角的控制而产生的横摆力矩大于能够通过自动制动器而产生的横摆力矩，因此，与通过自动制动器产生横摆力矩的情况相比，能够通过连结有更大型的拖车50的车辆10使行驶稳定化。

在上述实施方式中说明的各方式只要不产生矛盾，就可以适当组合使用。

另外，参照优选的实施方式具体说明了本发明的内容，但基于本发明的基本技术思想以及教导，只要是本领域技术人员，当然能够采用各种变形方案。

拖车稳定化控制系统能够通过由转向控制装置30进行的后轮转向控制以及自动制动控制来抑制拖车50的横摆运动。而且，当通过由转向控制装置30进行的后轮转向控制能够产生的横摆力矩不足以抑制拖车50的横摆运动时，拖车稳定化控制系统能够附加通过自动制动器而产生的横摆力矩。

需要说明的是，本发明并不限于上述实施方式，包括各种变形例。例如，上述实施方式为了容易理解地说明本发明而详细地进行了说明，但并不限定于必须具备已说明的全部结构。另外，可以将某实施方式的结构的一部分替换为其他实施方式的结构，另外，也可以在某实施方式的结构上增加其他实施方式的结构。另外，关于各实施方式的结构的一部分，能够进行其他结构的追加、删除、替换。

本申请要求2018年9月3日提出的日本专利申请第2018-164588号的优先权。包括2018年9月3日提出的日本专利申请第2018-164588号的说明书、权利要求书、附图以及摘要在内的全部公开内容通过参照而作为整体被引入本申请中。

附图标记说明

10车辆、11、11前轮、12、12后轮、14前轮转向装置、16后轮转向装置、18外界识别传感器、19挂钩部、30转向控制装置

Claims (10)

1.一种转向控制装置，是牵引拖车的车辆的转向控制装置，其中，

所述转向控制装置取得与在包括所述车辆和所述拖车在内的连结车产生的横向摆动运动相关的信息，

所述转向控制装置基于所取得的与所述横向摆动运动相关的信息，将产生相对于所述横向摆动运动成为相反相位的周期性的横摆力矩的指令输出到控制所述车辆的后轮的转向角的后轮转向装置。

2.如权利要求1所述的转向控制装置，其中，

与所述横向摆动运动相关的信息是与所述拖车的横摆运动相关的信息，

所述转向控制装置将产生相对于所述拖车的横摆运动成为相反相位的周期性的横摆力矩的指令输出到控制所述车辆的后轮的转向角的后轮转向装置。

3.如权利要求2所述的转向控制装置，其中，

所述转向控制装置基于施加于将所述车辆与所述拖车连结的挂钩部的所述拖车的外力和由外界识别部取得的与所述车辆的外界相关的信息，求出所述拖车的横摆运动。

4.如权利要求3所述的转向控制装置，其中，

所述转向控制装置基于所述车辆单体中的横摆率和所述连结车的横摆率，求出所述拖车的外力。

5.如权利要求2所述的转向控制装置，其中，

所述转向控制装置利用将所述车辆与所述拖车连结的挂钩部的力产生相对于所述拖车的横摆运动成为相反相位的周期性的横摆力矩。

6.一种转向控制装置，是牵引拖车的车辆的转向控制装置，其中，

所述转向控制装置基于与所述拖车的横摆运动相关的信息，向所述车辆的后轮转向装置输出控制后轮的转向角的指令。

7.一种转向控制方法，是牵引拖车的车辆的转向控制方法，其中，

所述转向控制方法取得与在包括所述车辆和所述拖车在内的连结车产生的横向摆动运动相关的信息，

所述转向控制方法基于所取得的与所述横向摆动运动相关的信息，将产生相对于所述横向摆动运动成为相反相位的周期性的横摆力矩的指令输出到控制所述车辆的后轮的转向角的后轮转向装置。

8.如权利要求7所述的转向控制方法，其中，

与所述横向摆动运动相关的信息是与所述拖车的横摆运动相关的信息，

将产生相对于所述拖车的横摆运动成为相反相位的周期性的横摆力矩的指令输出到控制所述车辆的后轮的转向角的后轮转向装置。

9.一种转向控制系统，是牵引拖车的车辆的转向控制系统，其中，所述转向控制系统具备：

车辆运动状态取得部，所述车辆运动状态取得部取得与所述车辆的运动状态相关的信息；

外界识别部，所述外界识别部取得与所述车辆的外界相关的信息；

转向控制部，所述转向控制部取得基于由所述车辆运动状态取得部取得的与所述车辆的运动状态相关的信息和由所述外界识别部取得的与所述车辆的外界相关的信息而求出的、与在包括所述车辆和所述拖车在内的连结车产生的横向摆动运动相关的信息，并基于所取得的与所述横向摆动运动相关的信息，输出产生相对于所述横向摆动运动成为相反相位的周期性的横摆力矩的指令；以及

后轮转向装置，所述后轮转向装置取得从所述转向控制部输出的所述指令，控制所述车辆的后轮的转向角。

10.如权利要求9所述的转向控制系统，其中，

所述转向控制部取得与所述拖车的横摆运动相关的信息作为与所述横向摆动运动相关的信息，将产生相对于所述拖车的横摆运动成为相反相位的周期性的横摆力矩的指令输出到控制所述车辆的后轮的转向角的后轮转向装置。

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