DE112019001855B4

DE112019001855B4 - Fahrzeugsteuervorrichtung und eigenschaftsabschätzverfahren

Info

Publication number: DE112019001855B4
Application number: DE112019001855.8T
Authority: DE
Inventors: Shinji Seto; Junya Takahashi; Tomoaki Fujibayashi; Hiroshi Nakano
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2039-02-22
Also published as: DE112019001855T5; WO2020003597A1; US20210214004A1; JP7106369B2; JP2020001473A; CN112292300A; CN112292300B

Abstract

Fahrzeugsteuervorrichtung (1), die an einer Zugmaschine (10) montiert ist, die einen Anhänger (20) zieht, wobei die Fahrzeugsteuervorrichtung (1) umfasst:eine Lenkwinkelsteuereinheit (6c, 7c), die einen Lenkwinkel von Rädern der Zugmaschine (10) unabhängig von der Lenkung durch einen Fahrer steuert; undeine Anhängereigenschaftsabschätzeinheit (1a), die eine Eigenschaft des Anhängers (20) auf der Basis eines Verhaltens der Zugmaschine (10) während der Radlenkung durch die Lenkwinkelsteuereinheit (6c, 7c) abschätzt, wobei die Anhängereigenschaftsabschätzeinheit (1a) die Eigenschaft des Anhängers (20) auf der Basis jedes Verhaltens auf einer Seite der Zugmaschine (10) abschätzt, wenn die Räder bei unterschiedlichen Frequenzen gelenkt werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugsteuervorrichtung, die eine Bewegung eines Fahrzeugs steuert, und ein Eigenschaftsabschätzverfahren, das in der Fahrzeugsteuervorrichtung verwendet wird, und bezieht sich insbesondere auf eine Fahrzeugsteuervorrichtung und ein Eigenschaftsabschätzverfahren zum Abschätzen von Eigenschaften eines zu ziehenden Anhängers und ferner Stabilisieren einer Bewegung eines Gelenkfahrzeugs, wenn ein Anhänger gezogen wird, unter Verwendung der abgeschätzten Eigenschaften für die Fahrzeugsteuerung.
Stand der Technik
PTL 1 ist beispielsweise als herkömmliche Technik zum Stabilisieren einer Stellung einer Zugmaschine, die einen Anhänger zieht (nachstehend als „Gelenkfahrzeug“ bezeichnet), bekannt.
Gemäß Anspruch 1 des Dokuments beschreibt „eine Fahrzeugmassenabschätzvorrichtung, die umfasst: einen Bremsdrucksensor, der einen Fluiddruck einer Bremse detektiert; einen Raddrehsensor, der eine Raddrehzahl detektiert; ein Mittel zum Berechnen eines Zeitdifferentialwerts einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die auf der Basis einer Ausgabe des Raddrehsensors erhalten wird, um eine Beschleunigung und eine Verlangsamung eines Fahrzeugs zu berechnen; eine Abbildung, in der eine Beziehung zwischen der Verlangsamung des Fahrzeugs und dem Fluiddruck der Bremse im Voraus unter Verwendung einer Fahrzeugmasse als Parameter aufgezeichnet wird, und ein Mittel zum Abschätzen der relevanten Masse in der Abbildung auf der Basis einer Eigenschaft der Verlangsamung, die durch das Berechnungsmittel berechnet wird, in Bezug auf den Fluiddruck der Bremse, der durch den Bremsdrucksensor gemessen wird, wenn der Zeitdifferentialwert einen Verlangsamungszustand angibt.“ Darüber hinaus offenbart DE 101 54 612 A1 eine Vorrichtung zum Lenken eines Zugfahrzeuges mit einem Anhänger bei Rückwärtsfahrt, wobei ein Winkel aus den Signalen zumindest zweier Abstandssensoren, die am Zugfahrzeug und/oder am Anhänger vorgesehen sind und die den jeweiligen Abstand zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger oder der Deichsel desselben ermitteln, bestimmt wird. WO 2007/060 135 A1 offenbart ein Verfahren zum Stabilisieren eines aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger oder Auflieger bestehenden Fahrzeuggespanns, wobei der Fahrzustand eines Zugfahrzeugs nach Massgabe einer ermittelten Stellgrösse beinflussbar ist. DE 10 2010 050 474 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Deichsellänge eines Anhängers eines Zugfahrzeuges. Schließlich offenbart DE 198 43 826 A1 ein Verfahren zur Stabilisierung eines Anhängergespanns, wobei eine Ist-Gierbewegung einer Zugmaschine bestimmt und mit einer Soll-Gierbewegung der Zugmaschine verglichen wird und bei Auftreten einer Differenz zwischen der Soll-Gierbewegung und der Ist-Gierbewegung der Lenkwinkel der Räder einer lenkbaren Fahrzeugachse der Zugmaschine zum Abbau der Differenz verändert wird.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

PTL 1: JP 2000-19002 A
PTL 2: DE 101 54 612 A1
PTL 3: WO 2007/060 135 A1
PTL 4: DE 10 2010 050 474 A1
PTL 5: DE 198 43 826 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In PTL 1 wird die Masse eines Gelenkfahrzeugs mit einer Zugmaschine und einem Anhänger abgeschätzt, aber eine Schwerpunktposition und ein Trägheitsmoment, die sich auf eine seitliche Bewegung des Gelenkfahrzeugs auswirken, werden nicht abgeschätzt und folglich ist eine Stellung des Gelenkfahrzeugs während des Wendens nicht stabil, wenn sich die Schwerpunktposition oder das Trägheitsmoment des Anhängers aufgrund des Einflusses von zu ladender Fracht ändert.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Schwerpunktposition und ein Trägheitsmoment eines Anhängers abzuschätzen und die Schwerpunktposition und das Trägheitsmoment für die Steuerung eines Gelenkfahrzeugs zu liefern, um eine weitere Stabilisierung einer Stellung des Gelenkfahrzeugs während des Wendens zu ermöglichen.
Lösung für das Problem
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist eine Fahrzeugsteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung an einer Zugmaschine montiert, die einen Anhänger zieht, und ist versehen mit: einer Lenkwinkelsteuereinheit, die einen Lenkwinkel von Rädern der Zugmaschine unabhängig von der Lenkung durch einen Fahrer steuert; und einer Anhängereigenschaftsabschätzeinheit, die eine Eigenschaft des Anhängers auf der Basis eines Verhaltens der Zugmaschine während der Radlenkung durch die Lenkwinkelsteuereinheit abschätzt.
Ferner ist ein Eigenschaftsabschätzverfahren der vorliegenden Erfindung ein Eigenschaftsabschätzverfahren zum Abschätzen einer Eigenschaft eines Anhängers, der durch eine Zugmaschine gezogen wird, und umfasst: einen Lenkwinkelsteuerschritt zum Steuern eines Lenkwinkels von Rädern der Zugmaschine unabhängig von der Lenkung durch einen Fahrer; und einen Eigenschaftsabschätzschritt zum Abschätzen einer Eigenschaft des Anhängers auf der Basis eines Verhaltens der Zugmaschine während der Radlenkung im Lenkwinkelsteuerschritt.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Schwerpunktposition des Anhängers und das Trägheitsmoment abgeschätzt werden, so dass sie für die Steuerung des Gelenkfahrzeugs geliefert werden, und folglich ist es möglich, die Stellung des Gelenkfahrzeugs während der Fahrt weiter zu stabilisieren.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[1] 1 ist ein schematisches Diagramm eines Gelenkfahrzeugs einer ersten Ausführungsform.
[2] 2 ist ein Blockdiagramm der Hauptteile des Gelenkfahrzeugs der ersten Ausführungsform.
[3] 3 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Verstärkung einer Zugmaschinengierrate und einem Anhängerträgheitsmoment oder einer Schwerpunktposition darstellt, wenn ein Hinterradlenkwinkel bei einer Frequenz von 0,5 Hz geringfügig geändert wird.
[4] 4 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Verstärkung einer Zugmaschinengierrate und einem Anhängerträgheitsmoment oder einer Schwerpunktposition darstellt, wenn ein Hinterradlenkwinkel bei einer Frequenz von 1 Hz geringfügig geändert wird.
[5] 5 ist ein Blockdiagramm, das eine Situation darstellt, in der das Gelenkfahrzeug unter Verwendung von Anhängereigenschaften gesteuert wird, die in der ersten Ausführungsform abgeschätzt werden.
[6] 6 ist ein Blockdiagramm der Hauptteile des Gelenkfahrzeugs der zweiten Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 1 bis 6 beschrieben.
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Gelenkfahrzeugs 100 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Wie hier dargestellt, wird das Gelenkfahrzeug 100 der vorliegenden Ausführungsform durch Verbinden einer Zugmaschine 10, auf der ein Fahrer fährt, und eines Anhängers 20, auf den Fracht geladen wird, durch eine Verbindungseinheit 21 erhalten, die eine Drehung um eine Drehachse in einer zur Ebene der Zeichnung senkrechten Richtung ermöglicht. Nachstehend wird ein Abstand zwischen einer Vorderradachse und einer Hinterradachse von Rädern 8 der Zugmaschine 10 als Zugmaschinenachsabstand L bezeichnet und ein Abstand von der Verbindungseinheit 21 zu einer Schwerpunktposition 22 des Anhängers 20 wird als Anhängerschwerpunktabstand L_t bezeichnet.
Die Zugmaschine 10 ist mit nicht nur einer Fahrzeugsteuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, sondern auch einer Vorrichtung, die zu einer herkömmlichen Zugmaschine äquivalent ist, wie z. B. einem Lenkrad 4, ausgestattet. Im Übrigen ist die Fahrzeugsteuervorrichtung 1 ein Computer mit einer Rechenvorrichtung wie z. B. einer CPU, einer Hauptspeichervorrichtung wie z. B. einem Halbleiterarbeitsspeicher, einer Hilfsspeichervorrichtung wie z. B. einer Festplatte und Hardware wie z. B. einer Kommunikationsvorrichtung. Dann führt die Rechenvorrichtung ein Programm aus, das in die Hauptspeichervorrichtung geladen ist, während auf eine Datenbank Bezug genommen wird, die in der Hilfsspeichervorrichtung aufgezeichnet ist, um jede später zu beschreibende Funktion auszuführen. Nachstehend wird eine Beschreibung gegeben, während solche gut bekannten Techniken gegebenenfalls weggelassen werden.
Ferner ist die Zugmaschine 10 mit einem Antriebssystem (einer Kraftmaschine, einem Getriebe, einer Bremsvorrichtung und dergleichen (nicht dargestellt)), das eine Beschleunigung steuert, und Steuereinheiten (einer ECU, einer ATCU, einer Bremssteuervorrichtung 3 und dergleichen (nicht dargestellt)), die dieses Antriebssystem steuern, ausgestattet. Ferner umfasst die Zugmaschine 10: die Fahrzeugsteuervorrichtung 1, die einen Befehl zu jeder der Steuereinheiten überträgt; einen Fahrzeugzustandssensor 2, der Fahrzeugbewegungszustandsinformationen erfasst, eine Vorderradservolenkvorrichtung 6, eine Hinterradservolenkvorrichtung 7 und eine Kommunikationsleitung, die diese verbindet. Der Fahrzeugzustandssensor 2 ist ein Sensor, der eine Gierrate der Zugmaschine 10, eine Beschleunigung in der vorderen-hinteren Richtung, eine Beschleunigung in der Links-Rechts-Richtung, eine Raddrehzahl jedes Rades und dergleichen erfasst, und ist praktisch durch mehrere Sensoren gebildet.
Die Vorderradservolenkvorrichtung 6 umfasst: ein Lenkrad 4; einen Lenksensor 5, der ein Lenkdrehmoment und einen Lenkwinkel detektiert, wenn ein Fahrer das Lenkrad 4 lenkt; eine Vorderradzahnstangenwelle 6a, die mit Vorderrädern über ein Gestänge verbunden ist; einen Vorderradservolenkmotor 6b, der einen Schub auf die Vorderradzahnstangenwelle 6a aufbringt; und eine Vorderradlenkwinkelsteuereinheit 6c, die einen Befehl an den Vorderradservolenkmotor 6b auf der Basis eines Werts gibt, der durch den Lenksensor 5 detektiert wird. Diese Vorderradservolenkvorrichtung 6 bewirkt, dass der Vorderradservolenkmotor 6b den Schub auf der Basis des Drehmoments (und/oder des Lenkwinkels) erzeugt, das durch den Fahrer erzeugt wird, der das Lenkrad 4 lenkt, und durch den Lenksensor 5 detektiert wird, wodurch die Betätigung des Fahrers unterstützt wird.
Ebenso umfasst die Hinterradservolenkvorrichtung 7: eine Hinterradzahnstangenwelle 7a, die mit den Hinterrädern über ein Gestänge verbunden ist; einen Hinterradservolenkmotor 7b, der dazu konfiguriert ist, einen Schub auf die Hinterradzahnstangenwelle 7a aufzubringen; und eine Hinterradlenkwinkelsteuereinheit 7c, die einen Befehl an den Hinterradservolenkmotor 7b auf der Basis eines Befehls von der Fahrzeugsteuervorrichtung 1 gibt. Diese Hinterradservolenkvorrichtung 7 kann die Hinterräder durch Bewirken, dass der Hinterradservolenkmotor 7b den Schub erzeugt, auf der Basis des Befehls von der Fahrzeugsteuervorrichtung 1 unabhängig von der Betätigung des Fahrers am Lenkrad 4 lenken.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Abschätzen einer Anhängereigenschaft gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 2 bis 4 beschrieben.
2 ist ein Blockdiagramm der Hauptteile der Konfiguration, die verwendet wird, wenn die Fahrzeugsteuervorrichtung 1 der Zugmaschine 10 Eigenschaften (Schwerpunktposition und Trägheitsmoment) des Anhängers 20 abschätzt, und stellt die Beziehung unter den jeweiligen Elementen der Fahrzeugsteuervorrichtung 1 und der Hinterradservolenkvorrichtung 7, und eine Konfiguration, in der eine Anhängereigenschaftsabschätzeinheit 1a in der Fahrzeugsteuervorrichtung 1 angeordnet ist, dar. Im Übrigen wird die Eigenschaftsabschätzung durch die Anhängereigenschaftsabschätzeinheit 1a durchgeführt, wenn das Gelenkfahrzeug 100 im Wesentlichen gerade mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit fährt, und folglich lässt 2 die Darstellung der Vorderradservolenkvorrichtung 6 weg, die durch die Lenkung des Lenkrades 4 gesteuert wird.
Wie hier dargestellt, gibt im Fall der Abschätzung der Eigenschaften des Anhängers 20 die Fahrzeugsteuervorrichtung 1 einen vorbestimmten Lenkwinkelbefehl an die Hinterradlenkwinkelsteuereinheit 7c, der von der Lenkung durch den Fahrer unabhängig ist, und die Hinterradlenkwinkelsteuereinheit 7c gibt einen Drehmomentbefehl auf der Basis des Lenkwinkelbefehls an den Hinterradservolenkmotor 7b. Der Lenkwinkelbefehl, der von der Fahrzeugsteuervorrichtung 1 an die Hinterradlenkwinkelsteuereinheit 7c gegeben wird, ist beispielsweise eine Sinuswelle mit einer speziellen Frequenz und einer Amplitude und ein Lenkwinkel der Hinterräder der Zugmaschine 10 ändert sich in einer Sinuswellenform gemäß dem Lenkwinkelbefehl. Im Übrigen empfängt zu dieser Zeit, wenn eine Änderung im Lenkwinkel der Hinterräder der Zugmaschine 10 groß ist, der Fahrer, der gerade fahren wird, ein Gefühl von Inkompatibilität, und folglich ist es bevorzugt, einen Lenkwinkelbefehl zu verwenden, um einen kleinen Lenkwinkel festzulegen, der in der Amplitude eingeschränkt ist, so dass eine Querbeschleunigung der Zugmaschine 10 den Betrag (beispielsweise 0,2 m/s² oder weniger) in dem Grad, den Leute kaum spüren, aufweist.
Mit der Lenkung auf der Basis dieses Lenkwinkelbefehls wird eine Gierdrehbewegung in der Zugmaschine 10 erzeugt und die Querbeschleunigung wird erzeugt, so dass der Fahrzeugzustandssensor 2 die Gierrate und die Querbeschleunigungsvibration detektieren kann. Zu dieser Zeit können eine Verstärkung der Gierrate und eine Phase aufgrund einer Zeitverzögerung aus der Gierrate der Zugmaschine 10 und der Amplitude der Querbeschleunigungsvibration in Bezug auf einen Hinterradlenkwinkel δ_r detektiert werden, der sich mit einer konstanten Frequenz ändert.
Da diese Verstärkung und Phase sich gemäß dem Trägheitsmoment und der Schwerpunktposition des Anhängers 20 ändern, schätzt die Anhängereigenschaftsabschätzeinheit 1a der Fahrzeugbewegungssteuereinheit 1 Eigenschaften (Parameter wie z. B. die Schwerpunktposition und das Trägheitsmoment) des Anhängers auf der Basis der beobachteten Verstärkung und Phase ab. Die Details eines Verfahrens dafür werden mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben.
3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer Verstärkung einer Zugmaschinengierrate und einer Anhängereigenschaft darstellt, wenn die Fahrzeugsteuervorrichtung 1 in dem Gelenkfahrzeug 100 unter einer bestimmten Bedingung einen Hinterradlenkwinkel bei einer Frequenz von 0,5 Hz geringfügig ändert.
3(a) ist ein Graph, der die Verstärkung der Gierrate in Bezug auf den Hinterradlenkwinkel darstellt, wenn das Trägheitsmoment I_t des Anhängers 20 sich von einem Referenzwert (Referenzträgheitsmoment, das durch die gestrichelte Linie angegeben ist), während die anderen Parameter aufrechterhalten werden, infolge der Änderung einer Beladungsposition einer Fracht des Anhängers 20 oder dergleichen ändert. In diesem Beispiel weisen beide von ihnen eine im Wesentlichen proportionale Beziehung auf und es ist zu sehen, dass die Verstärkung zunimmt oder abnimmt, wenn das Trägheitsmoment I_t zunimmt oder abnimmt.
Ferner ist 3(b) ein Graph, der die Verstärkung der Gierrate in Bezug auf den Hinterradlenkwinkel darstellt, wenn ein Schwerpunktabstand L_t sich von einem Referenzwert (Referenzschwerpunktposition, die durch die gestrichelte Linie angegeben ist), während die anderen Parameter aufrechterhalten werden, infolge der Änderung einer Beladungsposition einer Fracht des Anhängers 20 oder dergleichen ändert. In diesem Beispiel weisen beide von ihnen eine im Wesentlichen proportionale Beziehung auf und es ist zu sehen, dass die Verstärkung zunimmt oder abnimmt, wenn der Anhängerschwerpunktabstand L_t zunimmt oder abnimmt.
Andererseits ist 4 ein Graph, der die Beziehung zwischen einer Verstärkung einer Zugmaschinengierrate und einer Anhängereigenschaft darstellt, wenn die Fahrzeugsteuervorrichtung 1 einen Hinterradlenkwinkel bei einer Frequenz von 1 Hz in dem Gelenkfahrzeug 100 unter derselben bestimmten Bedingung wie jener in 3 geringfügig ändert.
Wie aus dem Vergleich von 4(a) und (b) mit 3(a) und (b) klar ist, wird eine Reaktion, die von dem Fall sehr verschieden ist, in dem der Hinterradlenkwinkel bei der Frequenz von 0,5 Hz geringfügig geändert wird, beobachtet, wenn der Hinterradlenkwinkel bei der Frequenz 1 Hz geringfügig geändert wird. Dies liegt daran, dass Reaktionen der Verstärkung und Phase, wenn der Parameter geändert wird, sich im Allgemeinen unterscheiden, wenn die Frequenz des Lenkwinkels unterschiedlich ist.
Ein Änderungsbetrag ΔG₁ vom Referenzwert der Verstärkung, wenn die Hinterräder der Zugmaschine 10 bei der Frequenz von 0,5 Hz geringfügig gelenkt werden, ist im Allgemeinen durch die Summe von Änderungsbeträgen der Verstärkung für jeden Faktor dargestellt, wenn mehrere Faktoren der Änderung bestehen. Wenn beispielsweise zwei Faktoren des Trägheitsmoments und des Anhängerschwerpunktabstandes, die vorstehend beschrieben sind, die Faktoren der Änderung sind, ist es somit möglich abzuschätzen, dass ΔG₁ die Summe eines Änderungsbetrags, der durch eine Änderung des Trägheitsmoments verursacht wird, und eines Änderungsbetrags, der durch eine Änderung des Schwerpunktabstandes des Anhängers verursacht wird, ist.
Ebenso ist es möglich abzuschätzen, dass ein Änderungsbetrag ΔG₂ vom Referenzwert der Verstärkung, wenn der Hinterradlenkwinkel der Zugmaschine 10 wird bei der Frequenz von 1 Hz geringfügig gelenkt, die Summe eines Änderungsbetrags, der durch eine Änderung des Trägheitsmoments verursacht wird, und einer Änderung des Schwerpunktabstandes des Anhängers ist.
Unter der Annahme, dass ΔG₁ und ΔG₂ durch eine Näherungsformel erster Ordnung ausgedrückt werden können, werden daher beide von ihnen durch (Formel 1) bzw. (Formel 2) ausgedrückt.
[Math 1] $Δ G_{1} = {AI}_{1} \times Δ I_{t} + {AL}_{1} \times Δ L_{t}$

[Math 2] $Δ G_{2} = {AI}_{2} \times Δ I_{t} + {AL}_{2} \times Δ L_{t}$
Hier ist Δlt ein Änderungsbetrag vom Referenzwert des Trägheitsmoments des Anhängers 20, ΔLt ist ein Änderungsbetrag vom Referenzwert des Anhängerschwerpunktabstandes, AI₁ ist eine Steigung, wenn eine Änderung der Verstärkung relativ zu einer Änderung von ΔI_t zur Zeit des geringfügigen Lenkens der Hinterräder bei der Frequenz von 0,5 Hz durch einen linearen Ausdruck angenähert wird, Al₂ ist eine Steigung, wenn eine Änderung der Verstärkung relativ zu einer Änderung von ΔLt zur Zeit des geringfügigen Lenkens der Hinterräder bei der Frequenz von 0,5 Hz durch einen linearen Ausdruck angenähert wird; Al₂ ist eine Steigung, wenn eine Änderung der Verstärkung relativ zu einer Änderung von ΔI_t zur Zeit des geringfügigen Lenkens der Hinterräder bei der Frequenz von 1 Hz durch einen linearen Ausdruck angenähert wird, und Al₂ ist eine Steigung, wenn eine Änderung der Verstärkung relativ zu einer Änderung von ΔLt zur Zeit des geringfügigen Lenkens der Hinterräder bei der Frequenz von 1 Hz durch einen linearen Ausdruck angenähert wird.
Hier gilt
[Math 3] $Δ G = [\begin{matrix} Δ G_{1} \\ Δ G_{2} \end{matrix}]$

[Math 4] $A = [\begin{matrix} A I_{1} & A L_{1} \\ A I_{2} & A L_{2} \end{matrix}]$

[Math 5] $Δ x = [\begin{matrix} Δ I_{t} \\ Δ L_{t} \end{matrix}]$
Dann gilt
[Math 6] $Δ x = A^{- 1} Δ G$
Folglich können Δlt und ΔLt erhalten werden. Das heißt, die Anhängereigenschaftsabschätzeinheit 1a kann das Trägheitsmoment I_t und den Schwerpunktabstand L_t des Anhängers 20 unter Verwendung der obigen Formeln 1 bis 6 abschätzen.
Wie vorstehend beschrieben, kann, wenn nur die Beladungsposition geändert wird, ohne das Gewicht der auf den Anhänger 20 geladenen Fracht zu ändern, die Anhängereigenschaftsabschätzeinheit 1a eine gewünschte Eigenschaft des Anhängers 20 unter Verwendung der Formeln 1 bis 6 abschätzen. Es ist jedoch erforderlich, ein anderes Abschätzverfahren zu verwenden, wenn sich das Gewicht der auf den Anhänger 20 geladenen Fracht ändert.
Daher wird die folgende Beschreibung hinsichtlich eines Verfahrens zum Abschätzen einer Eigenschaft des Anhängers 20 gegeben, wenn drei Faktoren vorhanden sind, die eine Verstärkung einer Zugmaschinengierrate ändern, das heißt das Trägheitsmoment, der Anhängerschwerpunktabstand und die Masse des Anhängers.
In diesem Fall ist es möglich abzuschätzen, dass ein Änderungsbetrag der Verstärkung die Summe des Änderungsbetrags, der durch eine Änderung des Trägheitsmoments verursacht wird, eines Änderungsbetrags, der durch eine Änderung des Anhängerschwerpunktabstandes verursacht wird, und eines Änderungsbetrags, der durch die Anhängermasse verursacht wird, ist. Daher wird der Änderungsbetrag der Verstärkung bei drei Frequenzen (beispielsweise 0,5 Hz, 1 Hz und 1,5 Hz) durch die Formeln 7 bis 9 ausgedrückt.
Hier ist ΔG_n ein Verstärkungsänderungsbetrag der n-ten Frequenz, Al_n ist eine Steigung, wenn der Verstärkungsänderungsbetrag relativ zu einer Änderung des Trägheitsmoments durch einen linearen Ausdruck angenähert wird, AL_n ist eine Steigung, wenn ein Verstärkungsänderungsbetrag relativ zu einer Änderung des Anhängerschwerpunktabstandes durch einen linearen Ausdruck angenähert wird, Am_n ist eine Steigung, wenn ein Verstärkungsänderungsbetrag relativ zu einer Änderung der Anhängermasse durch einen linearen Ausdruck angenähert wird, und Δmt ist ein Änderungsbetrag von einem Referenzwert der Anhängermasse.
[Math 7] $Δ G_{1} = {AI}_{1} \times Δ I_{t} + {AL}_{1} \times Δ L_{t} + {Am}_{1} \times Δ m_{t}$

[Math 8] $Δ G_{2} = {AI}_{2} \times Δ I_{t} + {AL}_{2} \times Δ L_{t} + {Am}_{2} \times Δ m_{t}$

[Math 9] $Δ G_{3} = {AI}_{3} \times Δ I_{t} + {AL}_{3} \times Δ L_{t} + {Am}_{3} \times Δ m_{t}$
Hier gilt
[Math 10] $Δ G = [\begin{matrix} Δ G_{1} \\ Δ G_{2} \\ Δ G_{3} \end{matrix}]$

[Math 11] $A = [\begin{matrix} A I_{1} & A L_{1} & A m_{1} \\ A I_{2} & A L_{2} & A m_{2} \\ A I_{3} & A L_{3} & A m_{3} \end{matrix}]$

[Math 12] $Δ x = [\begin{matrix} Δ I_{t} \\ Δ L_{t} \\ Δ m_{t} \end{matrix}]$
Dann gilt
(Math 13] $Δ x = A^{- 1} Δ G$
Folglich können ΔI_t, ΔL_t und Δm_t erhalten werden. Das heißt, die Anhängereigenschaftsabschätzeinheit 1a kann das Trägheitsmoment I_t, den Schwerpunktabstand L_t und die Masse des Anhängers 20 auf der Basis der Formeln 7 bis 13 abschätzen.
Wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, das Trägheitsmoment, die Masse und die Schwerpunktposition des Anhängers 20 mit niedrigen Kosten ohne Hinzufügen eines zusätzlichen Sensors und ohne, dem Fahrer das Gefühl einer Inkompatibilität zu geben, durch geringfügiges Eingeben des Hinterradlenkwinkels und Beobachten der Reaktion abzuschätzen.
Im Übrigen wird angenommen, dass der Änderungsbetrag der lineare Ausdruck ist und das Gleichungssystem hier gelöst wird. Es ist jedoch unnötig, den linearen Ausdruck zu verwenden, und ein Ausdruck höherer Ordnung, eine Abbildung oder dergleichen kann für die Abschätzung verwendet werden. Ferner wurde das Beispiel, in dem die Gierratenverstärkung bei den mehreren Frequenzen gemessen wird, beschrieben, aber die Abschätzung kann auf der Basis von Reaktionen bei mehreren Geschwindigkeiten durchgeführt werden. Ferner kann die Abschätzung unter Verwendung einer Querbeschleunigung und einer Phase anstelle der Gierrate bzw. der Verstärkung durchgeführt werden. Ferner wurde das Verfahren zum Unterteilen der Sinuswelle in mehrere Eingaben beschrieben, aber eine Eingabe, die mehrere Frequenzen überlagert, kann dem Hinterradlenkwinkel gegeben werden, um Parameter des Anhängers 20 aus einer Reaktion davon abzuschätzen, und eine Impulsreaktion kann beispielsweise in den Hinterradlenkwinkel eingegeben werden, um die Abschätzung aus der Reaktion durchzuführen. Ferner wurde die Beschreibung unter der Annahme der geraden Fahrt gegeben, ein Fall einer Lenkung der Vorderräder kann auch angewendet werden. In diesem Fall kann dieselbe Abschätzung durch Subtrahieren des Einflusses der Vorderradlenkung durchgeführt werden, um eine Verstärkung zu erhalten.
Als nächstes wird ein spezielles Beispiel zum Geben eines Befehls an jeden Aktuator auf der Basis eines Ergebnisses der Eigenschaftsabschätzung des Anhängers 20, die vorstehend beschrieben ist, mit Bezug auf 5 beschrieben. Das heißt, wenn ein Schub durch den Vorderradservolenkmotor 6b gemäß einem Drehmomentbefehl von der Vorderradlenkwinkelsteuereinheit 6c auf der Basis der Betätigung des Fahrers erzeugt wird, wird eine Kraft in einer Wenderichtung im Gelenkfahrzeug 100 erzeugt. Im Übrigen ist eine elektrische Servolenkvorrichtung unter Verwendung eines Motors hier dargestellt, ein hydraulisches Servolenksystem, in dem der Schub auf der Basis der Betätigung des Fahrers unterstützt wird, kann verwendet werden. Die Fahrzeugbewegungssteuereinheit 1 berechnet einen Lenkwinkelbefehl für die Hinterradlenkwinkelsteuereinheit 7c auf der Basis des Abschätzergebnisses der Anhängerparameterabschätzeinheit 1a, die vorstehend beschrieben ist, eines Fahrzeugbewegungszustandes und von Lenkinformationen des Fahrers. Die Hinterradlenkwinkelsteuereinheit 7c erzeugt einen Drehmomentbefehl für einen Motor 28 der Hinterradservolenkung auf der Basis dieses Befehls.
Ein Beispiel eines speziellen Verfahrens zum Berechnen eines Befehls in der Fahrzeugbewegungssteuereinheit 1 wird nachstehend beschrieben.
Unter der Annahme, dass die Lenkwinkel der Vorderräder und der Hinterräder δ_f bzw. δ_r sind, ist ein Wenderadius durch (Formel 14) in einem Bereich gegeben, in dem die Geschwindigkeit als konstant innerhalb eines linearen Bereichs betrachtet werden kann, wenn der Lenkwinkel nicht groß ist.
[Math 14] $R = (1 + K_{sf} V 2) \frac{L}{δ_{f} - δ_{r}}$
Hier wird K_sf Stabilitätsfaktor genannt und ist eine Funktion der Anhängermasse und des Anhängerschwerpunktabstandes. V ist die Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Unter der Annahme, dass ein Stabilitätsfaktor, wenn die Anhängermasse und der Anhängerschwerpunktabstand Referenzwerte sind, K_sf0 ist, wird ein Wenderadius R₀, wenn die Hinterräder nicht gelenkt werden, durch die folgende Formel ausgedrückt.
[Math 15] $R_{0} = (1 + K_{sf 0} V^{2}) \frac{L}{δ_{f}}$
Als nächstes wird unter der Annahme, dass der Stabilitätsfaktor, wenn die Anhängermasse und der Anhängerschwerpunktabstand sich von den Referenzwerten ändern, K_sf ist, der Wenderadius R durch die Formel 16 ausgedrückt.
[Math 16] $R = (1 + K_{sf} V^{2}) \frac{L}{δ_{f}}$
Hier wird der Hinterradlenkwinkel δ_r so gesteuert, dass er einen Wert aufweist, der in der folgenden Formel 17 dargestellt ist.
[Math 17] $δ_{r} = (1 - \frac{R}{R_{0}}) δ_{f}$
Das heißt, der Hinterradlenkwinkel δ_r ist als Hinterradlenkwinkelbefehl in Abhängigkeit von einem Vorderradlenkwinkel δ_f gegeben. Wenn der Hinterradlenkwinkel δ_r in Formel 14 eingegeben wird, kann R auf R₀ abgestimmt werden. Hier ist R eine Funktion von K_sf, das heißt eine Funktion der Anhängermasse, des Anhängerschwerpunktabstandes und der Fahrzeuggeschwindigkeit, und kann unter Verwendung der Abschätzergebnisse in der Anhängerparameterabschätzeinheit und der Fahrzeuggeschwindigkeit, die vom Fahrzeugzustandssensor 2 erhalten wird, berechnet werden.
In dieser Weise ist es in der Fahrzeugsteuervorrichtung 1 möglich, das Gelenkfahrzeug 100 mit demselben Vorderradlenkwinkel und demselben Wenderadius wie jenen vor der Änderung unter Verwendung der Eigenschaften des Anhängers 20, die durch die Anhängereigenschaftsabschätzeinheit 1a abgeschätzt werden, und der Formeln 14 bis 17 zu wenden, selbst wenn der Parameter des Anhängers 20 sich vom Referenzwert ändert, so dass es möglich ist, die Stabilität und Bedienbarkeit zu verbessern. Das heißt, die Fahrzeugsteuervorrichtung 1 kann die Lenkungs- und Beschleunigungssteuerung gemäß einem aktuellen Zustand des Anhängers 20 unter Verwendung des Trägheitsmoments I_t, des Schwerpunktabstandes L_t und des Gewichts, das durch den Anhänger 20 abgeschätzt wird, verwirklichen, so dass es möglich ist, die Stabilität einer Stellung während des Wendens zu verbessern.
Im Übrigen ist das Steuerverfahren nicht darauf begrenzt und verschiedene Verfahren können betrachtet werden. Das Beispiel, in dem das Lenkrad betätigt wird, wurde beispielsweise hier beschrieben, aber ein Befehl kann der Bremssteuervorrichtung 3 gegeben werden, um verschiedene Bremsdrücke zwischen linken und rechten Rädern zu geben, um ein Drehmoment in der Drehrichtung zu erzeugen.
In dieser Weise ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Parameter abzuschätzen, wie z. B. die Schwerpunktposition und das Trägheitsmoment des Anhängers 20, ohne einen zusätzlichen Sensor hinzuzufügen, und es ist möglich, die Stabilität und Bedienbarkeit des Gelenkfahrzeugs 100 während der Fahrt (insbesondere während des Wendens) durch Steuern des Gelenkfahrzeugs 100 unter Verwendung dieser Parameter zu verbessern.
[Zweite Ausführungsform]
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 6 beschrieben. Im Übrigen wird auf redundante Beschreibungen für gemeinsame Punkte mit der ersten Ausführungsform verzichtet.
Obwohl eine Vorrichtung, zu der die Lenkradbetätigungskraft eines Fahrers direkt übertragen wird, als Vorderradservolenkvorrichtung 6 in der ersten Ausführungsform verwendet wird, die vorstehend beschrieben ist, wird die Vorderradservolenkvorrichtung 6 eines sogenannten Steer-by-Wire-Systems, zu dem die Lenkradbetätigungskraft des Fahrers nicht übertragen wird, in der vorliegenden Ausführungsform verwendet.
Daher wird ein vorbestimmter Lenkwinkelbefehl der Hinterradservolenkvorrichtung 7 in der Fahrzeugsteuervorrichtung 1 der ersten Ausführungsform gegeben, aber ein vorbestimmter Lenkwinkelbefehl wird der Vorderradservolenkvorrichtung 6 in der vorliegenden Ausführungsform gegeben. Da das Steer-by-Wire-System in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist es möglich, den Vorderrädern unabhängig von der Lenkradbetätigung des Fahrers einen Lenkbefehl zu geben. Der Lenkwinkelbefehl, der der Vorderradservolenkvorrichtung 6 gegeben wird, ist beispielsweise eine Sinuswelle mit einer speziellen Frequenz und einer Amplitude und folglich wird der Lenkwinkel der Vorderräder als Sinuswelle erzeugt.
Zu dieser Zeit wird eine Querbeschleunigung in der Zugmaschine 10 erzeugt, aber die Amplitude des Lenkwinkels kann derart eingeschränkt werden, dass die Beschleunigung den Betrag in dem Grad aufweist, den Leute kaum spüren (beispielsweise 0,2 m/s² oder weniger). Mit einer solchen Lenkung wird eine Gierbewegung in der Zugmaschine 10 erzeugt und die Querbeschleunigung wird erzeugt, so dass der Fahrzeugzustandssensor 2 eine Gierrate und eine Querbeschleunigungsvibration detektiert. Zu dieser Zeit werden eine Verstärkung und eine Phase aufgrund einer Zeitverzögerung aus der Gierrate der Zugmaschine 10 und der Amplitude der Vibration der Querbeschleunigung in Bezug auf den Hinterradlenkwinkel δ_r bei einer konstanten Frequenz detektiert.
Nachstehend ist ein Verfahren zum Abschätzen eines Trägheitsmoments, einer Schwerpunktposition und der Masse des Anhängers 20 aus der Verstärkung oder der Phase dasselbe Verfahren wie in der ersten Ausführungsform. Ferner kann die Steuerung auf der Basis solcher Abschätzergebnisse auch für die Vorderradservolenkvorrichtung 6 implementiert werden.
Ferner können die Hinterräder gesteuert werden, solange eine Vorrichtung die Hinterradservolenkvorrichtung 7 umfasst. Ferner kann die Erfindung für die Steuerung einer Bremse und einer Antriebsvorrichtung anstelle der Servolenkvorrichtung verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Parameterabschätzung durch Lenken nur der Vorderräder in der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt werden und die Servolenkvorrichtung für die Hinterräder wird unnötig, so dass das System vereinfacht werden kann.
Bezugszeichenliste

100: Gelenkfahrzeug
1: Fahrzeugsteuervorrichtung
2: Fahrzeugzustandssensor
3: Bremssteuervorrichtung
4: Lenkrad
5: Lenksensor
6: Vorderradservolenkvorrichtung
6a: Vorderradzahnstangenwelle
6b: Vorderradservolenkmotor
6c: Vorderradlenkwinkelsteuereinheit
7: Hinterradservolenkvorrichtung
7a: Hinterradzahnstangenwelle
7b: Hinterradservolenkmotor
7c: Hinterradlenkwinkelsteuereinheit
8: Rad
10: Zugmaschine
20: Anhänger
21: Verbindungseinheit
22: Schwerpunktposition des Anhängers
L: Abstand zwischen Achsen der Zugmaschine
Lt: Schwerpunktabstand des Anhängers
δf: Vorderradlenkwinkel
δr: Hinterradlenkwinkel

Claims

Fahrzeugsteuervorrichtung (1), die an einer Zugmaschine (10) montiert ist, die einen Anhänger (20) zieht, wobei die Fahrzeugsteuervorrichtung (1) umfasst: eine Lenkwinkelsteuereinheit (6c, 7c), die einen Lenkwinkel von Rädern der Zugmaschine (10) unabhängig von der Lenkung durch einen Fahrer steuert; und eine Anhängereigenschaftsabschätzeinheit (1a), die eine Eigenschaft des Anhängers (20) auf der Basis eines Verhaltens der Zugmaschine (10) während der Radlenkung durch die Lenkwinkelsteuereinheit (6c, 7c) abschätzt, wobei die Anhängereigenschaftsabschätzeinheit (1a) die Eigenschaft des Anhängers (20) auf der Basis jedes Verhaltens auf einer Seite der Zugmaschine (10) abschätzt, wenn die Räder bei unterschiedlichen Frequenzen gelenkt werden.
Fahrzeugsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Anhängereigenschaftsabschätzeinheit (1a) die Eigenschaft des Anhängers (20) aus einem Verhalten des Anhängers (20) während einer Wendebewegung abschätzt.
Fahrzeugsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Anhängereigenschaftsabschätzeinheit (1a) die Eigenschaft des Anhängers (20) aus einem Verhalten des Anhängers (20) während einer seitlichen Bewegung abschätzt.
Fahrzeugsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei eine Querbeschleunigung, die erzeugt wird, wenn die Räder der Zugmaschine (10) durch die Lenkwinkelsteuereinheit (6c, 7c) gelenkt werden, 0,2 m/s² oder weniger ist.
Fahrzeugsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Räder, deren Lenkwinkel durch die Lenkwinkelsteuereinheit (6c, 7c) gesteuert wird, Hinterräder sind.
Fahrzeugsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Lenkwinkelsteuereinheit (6c, 7c) die Lenkung unabhängig von der Lenkung durch den Fahrer während geraden Fahrens durchführt.
Fahrzeugsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, die ferner eine Steuereinheit umfasst, die ein Antriebssystem oder einen Servolenkmotor der Zugmaschine (10) steuert, wobei die Steuereinheit das Antriebssystem oder den Servolenkmotor auf der Basis der Eigenschaft, die durch die Anhängereigenschaftsabschätzeinheit (1a) abgeschätzt wird, steuert.
Eigenschaftsabschätzverfahren zum Abschätzen einer Eigenschaft eines Anhängers (20), der durch eine Zugmaschine (10) gezogen wird, wobei das Eigenschaftsabschätzverfahren umfasst: einen Lenkwinkelsteuerschritt zum Steuern eines Lenkwinkels von Rädern der Zugmaschine (10) unabhängig von der Lenkung durch einen Fahrer; und einen Eigenschaftsabschätzschritt zum Abschätzen einer Eigenschaft des Anhängers (20) auf der Basis eines Verhaltens der Zugmaschine (10) während der Radlenkung im Lenkwinkelsteuerschritt, wobei im Lenkwinkelsteuerschritt der Lenkwinkel der Räder der Zugmaschine (10) bei mehreren verschiedenen Frequenzen gesteuert wird, und im Eigenschaftsabschätzschritt die Eigenschaft des Anhängers (20) auf der Basis jedes Verhaltens auf einer Seite der Zugmaschine (10) abgeschätzt wird, wenn die Räder bei den verschiedenen Frequenzen gelenkt werden.
Eigenschaftsabschätzverfahren nach Anspruch 8, wobei im Eigenschaftsabschätzschritt die Eigenschaft des Anhängers (20) aus einem Verhalten des Anhängers (20) während einer Wendebewegung abgeschätzt wird.
Eigenschaftsabschätzverfahren nach Anspruch 8, wobei im Eigenschaftsabschätzschritt die Eigenschaft des Anhängers (20) aus einem Verhalten des Anhängers (20) während einer seitlichen Bewegung abgeschätzt wird.
Eigenschaftsabschätzverfahren nach Anspruch 8, wobei im Lenkwinkelsteuerschritt eine Querbeschleunigung, die während der Radlenkung der Zugmaschine (10) erzeugt wird, 0,2 m/s² oder weniger ist.
Eigenschaftsabschätzverfahren nach Anspruch 8, wobei die Räder, deren Lenkwinkel im Lenkwinkelsteuerschritt gesteuert wird, Hinterräder sind.
Eigenschaftsabschätzverfahren nach Anspruch 8, wobei der Lenkwinkelsteuerschritt während geraden Fahrens durchgeführt wird.