JP2009280097A - Steering parameter optimization system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、操舵特性を変更可能な車両のステアリングパラメータ最適化システムに関する。 The present invention relates to a vehicle steering parameter optimization system capable of changing a steering characteristic.
近年、自動車等の車両においては、ステアリング系の設計自由度を広げるため、前輪とステアリングホイールとの機械的結合のないステアバイワイヤ(SBW)やエレクトロニックパワーステアリング(EPS)のシステムが開発されつつある。 In recent years, in vehicles such as automobiles, a steer-by-wire (SBW) or electronic power steering (EPS) system without mechanical coupling between a front wheel and a steering wheel is being developed in order to increase the degree of freedom in designing a steering system.
このような背景において、従来から、ドライバにとってフィーリングの良い操舵感を演出すべく各種提案がなされている。例えば、特許文献1には、車種が異なっても所望の操舵フィーリング設定を可能とするEPSシステムが提案されている。
Against this background, various proposals have been made so far to produce a steering feeling that feels good for the driver. For example,
また、特許文献2には、車速、操舵角センサ、タイロッド変位センサ等の情報からセルフアライニングトルク等を推定してモータでステアリング反力を実現することで、機械的結合が無いことへのドライバの違和感を軽減するSBWシステムが提案されている。
ところで、本来、ステアリングの特性とは、個々のドライバの運転特性によって最適な特性が大きく異なる。例えば、車種のコンセプト上、スポーツカーではステアリングギヤ比を小さくし、操舵角と前輪との関係を一定の線形的なギヤ比に味付けることで、クイック且つ重い操舵感を演出するのが一般的であり、これにより、エキスパートドライバであれば、最大限の車両運動性能を引き出すことが可能となる。 By the way, originally, the optimum characteristics differ greatly from the steering characteristics depending on the driving characteristics of the individual drivers. For example, due to the concept of the car model, it is common to produce a quick and heavy steering feeling by reducing the steering gear ratio in a sports car and seasoning the relationship between the steering angle and the front wheels to a certain linear gear ratio. Thus, if it is an expert driver, it becomes possible to extract the maximum vehicle movement performance.
しかしながら、初心者ドライバでは、車両応答の敏感さから高速道路等において小刻みな修正操舵を頻繁に行なったり、女性ドライバであれば、ハンドルの重さが感性に合わず、思い通りの操舵を行なえない等の現象が発生する。 However, for beginner drivers, corrective steering is frequently performed on highways, etc., due to the sensitivity of vehicle responses, and for female drivers, the weight of the steering wheel does not match the sensitivity, and steering cannot be performed as desired. The phenomenon occurs.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、市場において実際に車両を運転する個々のドライバの特性に合わせたステアリングの味付けを実現することのできるステアリングパラメータ最適化システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a steering parameter optimization system capable of realizing the seasoning of the steering in accordance with the characteristics of individual drivers who actually drive the vehicle in the market. Yes.
上記目的を達成するため、本発明によるステアリングパラメータ最適化システムは、操舵特性を変更可能な車両のステアリングパラメータ最適化システムであって、走行中の車両の状態量の履歴に基づいてドライバの運転特性を同定するドライバ特性同定部と、上記ドライバの運転特性と走行中の車両の伝達特性とに基づいて、ドライバの目標走行軌跡に対する修正操舵量を推定し、該修正操舵量が最小となるステアリングパラメータを学習して最適化するステアリングパラメータ最適化部とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a steering parameter optimization system according to the present invention is a vehicle steering parameter optimization system capable of changing a steering characteristic, and is based on a history of a state quantity of a running vehicle and a driving characteristic of a driver. A driver characteristic identification unit for identifying the driver, and a steering parameter for estimating the corrected steering amount with respect to the target travel locus of the driver based on the driving characteristic of the driver and the transmission characteristic of the running vehicle and minimizing the corrected steering amount And a steering parameter optimizing unit that learns and optimizes.
本発明によれば、市場において実際に車両を運転するドライバの修正操舵量を最小にするようステアリングパラメータを最適化し、個々のドライバの特性に合わせたステアリングの味付けを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to optimize the steering parameters so as to minimize the correction steering amount of the driver who actually drives the vehicle in the market, and to realize the seasoning of the steering in accordance with the characteristics of each driver.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1〜図5は本発明の実施の一形態に係り、図1はステアリングパラメータ最適化システムの全体構成図、図2はドライバ−自動車系モデルの機能ブロック図、図3はシステムの全体動作を示すフローチャート、図4はステアバイワイヤの車両操舵系の特性を示す説明図、図5は最適化前後の操舵角波形を示す説明図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 5 relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an overall configuration diagram of a steering parameter optimization system, FIG. 2 is a functional block diagram of a driver-car model, and FIG. 3 is an overall operation of the system. FIG. 4 is an explanatory diagram showing characteristics of a steer-by-wire vehicle steering system, and FIG. 5 is an explanatory diagram showing steering angle waveforms before and after optimization.
本発明によるステアリングパラメータ最適化システムは、ステアバイワイヤ(SBW)やエレクトロニックパワーステアリング(EPS)による操舵系を有する車両に搭載され、ドライバの操舵修正量を最小とするように、ステアリング系の運動を支配するパラメータ(ステアリングパラメータ;例えば、ステアリングギヤ比、パワーアシストゲイン、トーテョンバー剛性・粘性、ステアリングホイールダンピング等)を最適化する。 The steering parameter optimization system according to the present invention is mounted on a vehicle having a steering system by steer-by-wire (SBW) or electronic power steering (EPS), and controls the motion of the steering system so as to minimize the driver's steering correction amount. Optimize parameters (steering parameters; for example, steering gear ratio, power assist gain, torsion bar rigidity / viscosity, steering wheel damping, etc.).
本実施の形態においては、図1に示すように、ステアリングパラメータ最適化システム1は、車両特性同定部10、ドライバ特性同定部20、修正操舵量推定部30、パラメータ学習部40、パラメータ適応部50を主要構成として備えており、ハードウエア的には、単一のコンピュータシステム或いはネットワーク等を介して接続された複数のコンピュータシステムで構成されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the steering
車両特性同定部10及びドライバ特性同定部20には、ヨーレートセンサ2、操舵トルクセンサ3、車輪速度センサ4等の車載センサからのデータがCAN(Controller Area Network)等の車内通信網を介して入力される。更に、ドライバ特性同定部20には、これらの車載センサからのデータに加え、車両の走行環境を認識する外部環境認識装置5による認識結果が入力される。
Data from in-vehicle sensors such as the
外部環境認識装置5は、カメラ、ミリ波レーダ、レーザレーダ等による外界認識情報やカーナビゲーションシステム等による自車位置情報・地図情報等を用いて自車外部の走行環境を認識する装置であり、車外の撮像画像から認識した車線や道路白線の情報、車両が保有或いは外部通信等によって取得した道路情報等に基づいて、ドライバが目標とする走行軌跡を出力する。
The external
尚、ドライバの目標走行軌跡としては、特願2007−221695号において本出願人が提案しているような外部環境リスクが最小となる軌跡を採用しても良い。この技術は、車両挙動から前方の外部環境リスクを最小限にする一定時間内の目標軌跡を知能化技術により計算するものである。 In addition, as a target driving | running | working locus | trajectory of a driver | operator, you may employ | adopt the locus | trajectory which the external environment risk minimizes as proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 2007-221695. This technology uses intelligent technology to calculate a target trajectory within a certain time that minimizes the external environmental risk ahead of the vehicle behavior.
また、本システムにおいては、外部環境認識装置5は必ずしも必須の構成要素ではなく、外部環境認識装置5を用いることなく、車両が実際に走った走行軌跡をヨーレートや車体速度等から幾何学的に求め、この幾何学的に求めた走行軌跡にローパスフィルタをかけて目標軌跡としても良い。ローパスフィルタは、ドライバの修正操舵による影響を除去するためのフィルタである。
Further, in this system, the external
本実施の形態におけるステアリングパラメータ最適化システム1は、概略的には、車両特性同定部10で車載センサのデータに基づいて走行中の車両の伝達特性を表現する車両モデルのパラメータを同定すると共に、ドライバ特性同定部20で走行中の車両の状態量の履歴に基づいて現在のドライバの運転特性を表現するドライバパラメータを同定する。これらの車両パラメータ及びドライバパラメータは、修正操舵量推定部30に出力され、修正操舵量推定部30及びパラメータ学習部40によって形成されるステアリングパラメータ最適化部でステアリングパラメータが最適化される。
The steering
すなわち、修正操舵量推定部30は、車両パラメータ及びドライバパラメータを用いて、ドライバ−ステアリング系−車両系を統括したモデルシミュレーションを実施し、ドライバの目標走行軌跡に対する修正操舵量を計算する。修正操舵量推定部30の推定結果はパラメータ学習部40で学習され、修正操舵量推定部30にフィードバックされる。そして、この学習によって最適化された修正操舵量がパラメータ適応部50に出力されてステアリングパラメータの変更量が決定され、実際のターゲットとなる制御対象(ステアリング制御系)60に出力される。
That is, the corrected steering
以下、ステアリングパラメータ最適化システム1の各部の機能について、詳細に説明する。
Hereinafter, the function of each part of the steering
車両特性同定部10は、走行中の車両の伝達特性を表現する車両モデルのコーナリングパワー、車両重量、z軸回りの慣性モーメント等の未知の車両パラメータを計算する。この車両パラメータは、車両のステアリング系モデル(適応車種のダイナミクスに依存し、現在の車両のステアリングパラメータを適用したもの)及び車両系のモデルを連結したものに対して、車両への入力である操舵トルクと車体速度とを設定してシミュレーションを行ない、車両応答であるヨーレートの実車両の値とシミュレーション値の誤差が十分小さくなるよう、勾配法若しくは遺伝的アルゴリズム(GA; Genetic Algorithm)を用いて繰り返し計算を行いながら決定する。
The vehicle
車両モデルとしては、例えば、以下の(1)〜(5)式で表現される運動方程式を用いて操舵トルクと車体速度とを入力とするシミュレーションを行い、車両応答であるヨーレートのシミュレーション計算値と実測値との誤差が最小となるように繰り返し計算を行う。
mV(dβ/dt+γ)=−2Kfβf−2Krβr …(1)
Idγ/dt=−2LfKfβf+2LrKrβr …(2)
βf=β+Lfγ/V−δf …(3)
βr=β−Lrγ/V−δr …(4)
SAT=(ζn+ζc)Kfβf …(5)
但し、m:質量
I:z軸回りの慣性モーメント
V:車体速度
Kf:前輪コーナリングスティッフネス
Kr:後輪コーナリングスティッフネス
Lf:重心から前輪までの距離
Lr:重心から後輪までの距離
β:車体横滑り角
βf:前輪横滑り角
βr:後輪横滑り角
γ:ヨーレート
δf:前輪実舵角
δr:後輪実舵角
SAT:セルフアライニングトルク
ζn:ニューマティックトレール
ζc:キャスタトレール
As a vehicle model, for example, a simulation is performed in which the steering torque and the vehicle body speed are input using the equations of motion expressed by the following equations (1) to (5), and the simulation calculation value of the yaw rate, which is the vehicle response, The calculation is repeated so that the error from the measured value is minimized.
mV (dβ / dt + γ) = − 2K f β f −2K r β r (1)
Idγ / dt = −2L f K f β f + 2L r K r β r (2)
β f = β + L f γ / V−δ f (3)
β r = β−L r γ / V−δ r (4)
SAT = (ζ n + ζ c ) K f β f (5)
Where m: mass
I: Moment of inertia around the z axis
V: Body speed
K f : Front wheel cornering stiffness
K r : Rear wheel cornering stiffness
L f : Distance from the center of gravity to the front wheels
L r : Distance from the center of gravity to the rear wheel
β: Body slip angle
β f : Front wheel skid angle
β r : Rear wheel skid angle
γ: Yaw rate
δ f : Front wheel actual rudder angle
δ r : rear wheel actual rudder angle
SAT: Self-aligning torque
ζ n : pneumatic trail
ζ c : caster trail
尚、以上の車両モデルは、4輪操舵の車両を想定して前輪実舵角δfと後輪実舵角δrとを定義しているが、通常の前輪のみ転舵する車両では、後輪実舵角δrは常に0となる。また、セルフアライニングトルクSATを算出する(6)式中のニューマティックトレールζn、キャスタトレールζcは、本実施の形態では定数として扱う。これは、実際の車両運動上、正確には、走行状態によって多少変化するが、本システムでは、定数として扱っても動作には影響が無いためである。 The above vehicle model defines a front wheel actual steering angle δ f and a rear wheel actual steering angle δ r on the assumption that a four-wheel steering vehicle is used. The actual wheel steering angle δ r is always 0. In this embodiment, the pneumatic trail ζ n and caster trail ζ c in the equation (6) for calculating the self-aligning torque SAT are treated as constants. This is because, in actual vehicle motion, it varies slightly depending on the running state, but in this system, even if it is treated as a constant, the operation is not affected.
更に、走行中の車両諸元は、通常、路面や乗車人数によって多少変わるが、開発時の車両諸元(車両パラメーター)を予め車両モデルパラメータとして設定しておくことで、車両特性同定部10を省略することも可能である。
Further, the vehicle specifications during traveling usually vary somewhat depending on the road surface and the number of passengers, but by setting the vehicle specifications (vehicle parameters) at the time of development as vehicle model parameters in advance, the vehicle
一方、ドライバ特性同定部20は、現在のドライバの運転特性を表現するドライバパラメータを、ドライバ−自動車系の伝達関数モデルを用いて計算する。具体的には、ドライバの運転動作を、反応遅れ(無駄時間)をもった比例動作に、入力の変化を予測する微分動作と定常的なずれの補正を行う積分動作が加わったものと考え、図2に示すように、目標コース情報(目標走行軌跡情報)に基づくフィードフォワード操舵部21と、目標コースと車両との相対情報に基づくフィードバック操舵部22とによりモデル化している。
On the other hand, the driver
このドライバモデルでは、外部環境認識装置5から得られる目標コースの曲率φR、目標コースの位置情報YRを、それぞれ、フィードフォワード操舵部21、フィードバック操舵部22への入力とし、フィードフォワード操舵部21からのフィードフォワード操舵成分とフィードバック操舵部22からのフィードバック操舵成分とを加算したモデル出力を、ドライバの操舵トルクTdとしている。
In this driver model, the target course curvature φ R and the target course position information Y R obtained from the external
本システムの最適化対象となる「修正操舵量」は、このドライバモデルによるフィードバック操舵成分を意味しており、フィードフォワード操舵部21における伝達関数のゲインK0及び無駄時間t0、フィードバック操舵部22における伝達関数のゲインK1,K2,K3及び無駄時間t1が同定すべきモデルパラメータとなる。
The “corrected steering amount” to be optimized in this system means a feedback steering component by this driver model. The transfer
以下に、フィードフォワード操舵部21とフィードバック操舵部22とのそれぞれにおけるパラメータの導出方法について説明する。
Below, the parameter derivation method in each of the
尚、図2に示すドライバモデルでは、ドライバ出力を操舵トルクで表現しているが、車両のステアリング系に応じて操舵トルクの代わりに操舵角をドライバ出力としても良い。また、図2の伝達関数によるドライバモデルにおいては、操舵をフィードフォワードとフィードバックとに分離することは必須であるが、入力情報の種類やその数、また微分・積分回数等は、設計者の意図で変更しても良く、例えば、フィードバック操舵を、前方注視点での目標値と予測値との誤差に応じた操舵とする一般的な前方注視2次予測モデルへ変更しても良い。 In the driver model shown in FIG. 2, the driver output is expressed by the steering torque, but the steering angle may be used as the driver output instead of the steering torque in accordance with the steering system of the vehicle. In the driver model based on the transfer function shown in FIG. 2, it is essential to separate steering into feed forward and feedback. However, the type and number of input information and the number of differentiation / integration are determined by the designer. For example, the feedback steering may be changed to a general forward-gaze secondary prediction model in which steering is performed according to the error between the target value and the predicted value at the forward gaze point.
<フィードフォワードパラメータ>
フィードフォワード操舵部21では、走行中の車両において操舵トルクセンサ3で計測される操舵トルク値Tdと、外部環境認識装置5で計測されるコース形状(曲率等)との相互相関関数が最大となるよう無駄時間t0を決定し、その後、最小二乗法によりゲインK0を求める。相互相関関数は、一般的な数学的手法で用いられる関数であり、2変数において、片方の変数の時間を僅かずつずらしながら計算した相関係数の時間的推移を示すものである。
<Feed forward parameter>
In the
本システムにおいては、目標コースの曲率φRに対する操舵トルク値Tdが遅れ・進み時間を持たない場合、無駄時間t0は0で最大のマッチングを示すが、ドライバには情報処理の遅れや将来の予測動作があるため、例えば0.5〜3秒程度の遅れ又は進みが生じる。 In this system, when the steering torque value Td with respect to the curvature φ R of the target course has no delay / advance time, the dead time t0 is 0 and the maximum matching is shown. Due to the operation, for example, a delay or advance of about 0.5 to 3 seconds occurs.
<フィードバックパラメータ>
フィードバック操舵部22では、操舵トルク値Tdに対して、上述のパラメータを用いたフィードフォワード操舵で表現できなかった誤差分に対する補償を行う。具体的には、2つ以上の説明変数から目的変数を推定する多変量解析の一般的な手法である重回帰分析を用いてゲインK1〜K3を求める。
<Feedback parameter>
The
重回帰分析は、目的変数Yと、これに影響を与える2つ以上の説明変数xi(i=1,2,3,…,n)の関係式を、以下の(6)式に示すように設定し、変数Yの観測データを用いて係数(偏回帰係数)ai(i=1,2,3,…,n)を推定する手法である。例えば、説明変数xiを3個とする場合、目的変数Yが操舵トルクとフィードフォワード操舵トルクとの誤差分に相当し、偏回帰係数aiがゲインK1〜K3に相当し、説明変数xiが目標コース位置と車両位置との差分(YR−YV)、目標コース位置と車両位置との差の積分値(YR−YV)/s、目標コース位置と車両位置との差の微分値(YR−YV)sに相当する。無駄時間t1に関しては、誤差分と重回帰分析の結果の相関が最大となる遅れ、又は進み時間を相互相関関数によって求める。
Y=a1x1+a2x2+a3x3+…+anxn …(6)
In the multiple regression analysis, a relational expression between the objective variable Y and two or more explanatory variables xi (i = 1, 2, 3,..., N) affecting the objective variable Y is expressed by the following expression (6). This is a method of setting and estimating coefficients (partial regression coefficients) a i (i = 1, 2, 3,..., N) using observation data of the variable Y. For example, when there are three explanatory variables xi, the objective variable Y corresponds to the error between the steering torque and the feedforward steering torque, the partial regression coefficient ai corresponds to the gains K1 to K3, and the explanatory variable xi is the target course. Difference between position and vehicle position (YR-YV), integrated value of difference between target course position and vehicle position (YR-YV) / s, differential value of difference between target course position and vehicle position (YR-YV) It corresponds to s. For the dead time t1, the delay or the lead time at which the correlation between the error and the result of the multiple regression analysis is maximized is obtained by a cross-correlation function.
Y = a1x1 + a2x2 + a3x3 + ... + anxn (6)
尚、以上では、フィードフォワードパラメータとフィードバックパラメータとをそれぞれ別の手法で決定しているが、GA(遺伝的アルゴリズム)により、これらのパラメータ群を遺伝子とする世代交代の最適化を行うことで、フィードフォワードパラメータとフィードバックパラメータとを纏めて求めるようにしても良い。 In the above, the feedforward parameter and the feedback parameter are determined by different methods, but by GA (genetic algorithm), by optimizing generational changes using these parameter groups as genes, The feedforward parameter and the feedback parameter may be obtained together.
次に、修正操舵量推定部30では、車両特性同定部10で求めた車両のモデルパラメータと、ドライバ特性同定部20で求めたドライバパラメータとを用いて、図2のドライバ−自動車系モデルによるシミュレーションを実行して、そのときの修正操舵量を計算、出力する。尚、このシミュレーションは、修正操舵量をパラメータ学習部40で学習・変更する毎に行ない、ドライバモデルの出力に対する修正操舵量(フィードバック操舵量)の割合が最小になるまで計算を繰り返す。
Next, the corrected steering
図2に示すドライバ−自動車系モデルにおいては、自動車系モデルとして、ステアリング系モデルと車両モデルとを有している。ステアリング系モデルは、ドライバモデルからの操舵トルクTdと車体モデルからのセルフアライニングトルクSATとを入力として、タイヤ舵角δを車体モデルに出力する。車両モデルは、セルフアライニングトルクSATを算出してステアリング系モデルに出力し、車両位置Yv及び走行コース曲率Φνの情報を出力する。車両位置Yvはドライバモデルに出力され、目標コース位置YRと車両位置YVとの偏差がフィードバック操舵部22に入力される。
The driver-car model shown in FIG. 2 includes a steering system model and a vehicle model as the car model. The steering system model receives the steering torque Td from the driver model and the self-aligning torque SAT from the vehicle body model, and outputs the tire steering angle δ to the vehicle body model. The vehicle model calculates the self-aligning torque SAT and outputs it to the steering system model, and outputs information on the vehicle position Yv and the traveling course curvature Φν. The vehicle position Yv is output to the driver model, and the deviation between the target course position YR and the vehicle position YV is input to the
パラメータ学習部40は、修正操舵量推定部30でのシミュレーションによって計算された修正操舵量を元に、GA(遺伝的アルゴリズム)でステアリングパラメータの学習・変更を繰り返し、学習後のステアリングパラメータを出力する。
The
パラメータ適応部50は、シミュレーションで計算された修正操舵量と予め設定した閾値とを比較し、修正操舵量が閾値未満と判断された場合、学習によるステアリングパラメータの最適化が完了したものとして、以下の(7)式に則ってステアリングパラメータの変更量DPnを決定する。
DPn=Kp(1−e-t/T)(Pnewn−Poldn) …(7)
但し、n:パラメータ番号
t:パラメータ変更開始からの時間
Pnew:変更後の車両パラメータ
Pold:現在の車両パラメータ
Kp,T:パラメータの変更速度を決定する係数
(Kpが大きく、Tが小さいほど変更速度が速くなる)
The
DP n = Kp (1-e -t / T) (Pnew n -Pold n) ... (7)
Where n: parameter number
t: Time from the start of parameter change
Pnew: Changed vehicle parameters
Pold: Current vehicle parameters
Kp, T: Coefficient that determines the parameter change speed
(The change speed increases as Kp increases and T decreases)
以上の処理による最適なステアリングパラメータは、リアルタイムに計算され続けるものではなく、走行中のバックグランド処理として、所定の頻度、例えば、数日、数時間に一回程度といった頻度で計算される。このバックグランド処理で計算される最適ステアリングパラメータは、パラメータ適応部50で十分に時間をかけながら車両に適応されていく。
The optimum steering parameter by the above processing is not continuously calculated in real time, but is calculated at a predetermined frequency, for example, once every several days or several hours as background processing during traveling. The optimum steering parameter calculated by the background process is adapted to the vehicle while the
本システムの全体の動作は、図3のフローチャートに示すような処理の流れとなる。すなわち、本システムの動作が開始されると、先ず、最初のステップS1において、所定の時間、例えば1〜2分間の計測データ(車載センサからのデータ及び該データに基づく車両の目標コースや車両状態量)をメモリに格納し、ステップS2A,S2Bで、それぞれ、車両モデルのパラメータ、ドライバモデルのパラメータを同定する処理を並列に実行する。 The overall operation of this system is as shown in the flowchart of FIG. That is, when the operation of the present system is started, first, in the first step S1, measurement data for a predetermined time, for example, 1 to 2 minutes (data from the in-vehicle sensor and the target course and vehicle state of the vehicle based on the data) Quantity) is stored in the memory, and in steps S2A and S2B, processing for identifying the parameters of the vehicle model and the parameters of the driver model is executed in parallel, respectively.
次に、車両モデルのパラメータとドライバモデルのパラメータとを同定した後は、ステップS3でドライバ−車両系のシミュレーションを実行して修正操舵量を計算し、ステップS4で修正操舵量が閾値未満になったか否かを調べる。その結果、修正操舵量が閾値以上の場合には、ステップS5でステアリングパラメータを変更し、ステップS3で再度シミュレーションを実行する。そして、ステアリングパラメータを変更してシミュレーションを繰り返した後、修正操舵量が閾値未満になったとき、ステップS4からステップS6へ進み、シミュレーションで得られたステアリングパラメータを車両へ適用する。 Next, after identifying the parameters of the vehicle model and the parameters of the driver model, a driver-vehicle system simulation is executed in step S3 to calculate a corrected steering amount. In step S4, the corrected steering amount becomes less than the threshold value. Check if it was. As a result, if the corrected steering amount is greater than or equal to the threshold value, the steering parameter is changed in step S5, and the simulation is executed again in step S3. Then, after changing the steering parameter and repeating the simulation, when the corrected steering amount becomes less than the threshold, the process proceeds from step S4 to step S6, and the steering parameter obtained by the simulation is applied to the vehicle.
[ステアリングパラメータの決定例]
次に、本システムをステアバイワイヤシステムの車両に適用した例について説明する。ステアバイワイヤシステムの車両は、前輪とステアリングとの間に機械的結合を持たず、ステアリング反力、前輪舵角は、それぞれ独立にアクチュエータで制御される構成を有している。
[Example of determining steering parameters]
Next, an example in which the present system is applied to a steer-by-wire system vehicle will be described. The steer-by-wire system vehicle does not have a mechanical connection between the front wheels and the steering, and the steering reaction force and the front wheel steering angle are independently controlled by an actuator.
ステアリング反力及び前輪舵角は、図4に示すように、ステアリングホイール6と左右の前輪7a,7bとの間に等価的にトーションバー系8及びステアリングラック系9を介在させた力学系の運動方程式で表現されるステアリング系モデルに基づいて計算・制御される。このようなステアリング系モデルの運動方程式を、以下の(8),(9)式に例示する。
mrack・d2x/dt2=Tdriver・N+Fp_steer+Fleft+Fright …(8)
Tdriver=Cs・(δ−N・x)+Ks・(dδ/dt−N・dx/dt)+Cd・dδ/dt …(9)
但し、mrack:ステアリングラック質量
x:ステアリングラック位置
N:ステアリングギヤ比
δ:操舵角
Tdriver:ステアリングトルク
Fp_steer:パワーステアリングアシスト力
Fleft:前輪左軸力
Fright:前輪右軸力
Cs:トーションバー粘性
Ks:トーションバー剛性
Cd:ステアリングホイールダンピング
As shown in FIG. 4, the steering reaction force and the front wheel rudder angle are dynamic movements in which a torsion bar system 8 and a steering rack system 9 are equivalently interposed between the
m rack · d 2 x / dt 2 = T driver · N + F p_steer + F left + F right (8)
T driver = C s · (δ -N · x) + K s · (dδ / dt-N · dx / dt) + C d · dδ / dt ... (9)
However, m rack : Steering rack mass
x: Steering rack position
N: Steering gear ratio
δ: Steering angle
T driver : Steering torque
F p_steer : Power steering assist force
F left : Front wheel left axial force
F right : Front wheel right axial force
C s : Torsion bar viscosity
K s : Torsion bar rigidity
C d : Steering wheel damping
尚、パワーステアリングアシスト力Fp_steerは、トーションバー捻り角にパワーアシストゲインKpを適用して算出される。 The power steering assist force F p_steer is calculated by applying the power assist gain K p to the torsion bar twist angle.
例えば、初期のステアリングパラメータがスポーツカーのようなクイックな応答にセットされているステアバイワイヤの車両に対して本システムを適用し、ステアリング系モデルの運動方程式を構成するステアリングパラメータのうち、ステアリングギヤ比N、パワーアシストゲインKp、トーテョンバー剛性Ks、トーテョンバー粘性Cs、ステアリングホイールダンピングCdを最適化すると、図5に示すような結果が得られる。 For example, this system is applied to a steer-by-wire vehicle in which the initial steering parameter is set to a quick response such as a sports car, and the steering gear ratio among the steering parameters constituting the equation of motion of the steering system model. When N, the power assist gain K p , the tote bar stiffness K s , the tote bar viscosity C s and the steering wheel damping C d are optimized, the result shown in FIG. 5 is obtained.
図5(a)は、初心者ドライバが本システム適応前の車両を運転してダブルレーンチェンジを行った場合の操舵角の時間変化を示す波形であり、初心者にはクイックな車両特性であるため、コースから外れないよう小刻みな修正操舵を繰り返していることがわかる。これに対して、図5(b)は、本システムの学習で車両パラメータを変更した後のドライバの操舵角の時間変化を示しており、修正操舵がなくなり、滑らかな波形になっていることが確認できる。このように、実際に車両を運転しているドライバの運転特性から修正操舵量を最小にするようなステアリングパラメータを決定することができる。 FIG. 5 (a) is a waveform showing the time change of the steering angle when the novice driver drives the vehicle before adapting to this system and performs a double lane change. It can be seen that every minute correction steering is repeated so as not to deviate from the course. On the other hand, FIG. 5B shows the time change of the steering angle of the driver after the vehicle parameter is changed by learning of this system, and there is no correction steering and the waveform is smooth. I can confirm. In this way, it is possible to determine a steering parameter that minimizes the corrected steering amount from the driving characteristics of the driver who is actually driving the vehicle.
以上のように、本システムにおいては、車両の開発時には考慮が困難なステアリング諸元と、実際に車両を運転するドライバとの相性を考慮したパラメータ適応が可能となる。これにより、例えばスポーツカー等の車両応答の敏感な車両を初心者ドライバが運転した場合であっても、修正操舵を最小にすることができる。また、初心者が慣れて行く過程で運転特性が変化したとしても、その都度、オンラインでパラメータチューニングを行なうことで、そのときのドライバ特性に応じて最適なステアリングパラメータとすることができる。 As described above, in this system, it is possible to adapt the parameters in consideration of the compatibility between the steering specifications that are difficult to consider when developing the vehicle and the driver who actually drives the vehicle. Thereby, for example, even when a beginner driver drives a vehicle with a sensitive vehicle response such as a sports car, the correction steering can be minimized. Even if the driving characteristics change in the process of getting used to beginners, it is possible to obtain optimum steering parameters according to the driver characteristics at that time by performing online parameter tuning each time.
従って、工場出荷時の車両特性に拘わらず、市場において実際に車両を運転する個々のドライバの特性に合わせたステアリングの味付けを実現することができ、誰でもが滑らで負担の少ないハンドル操舵を行うことが可能となる。更に、車両開発時においても、多数の被験者に対して本システムを適用して最適なステアリングパラメータを決定することで、設計や実験の工数を大幅に減らすことが可能となり、品質向上を図りつつコスト低減を図ることができる。 Therefore, regardless of the vehicle characteristics at the time of shipment from the factory, it is possible to achieve a steering seasoning that matches the characteristics of individual drivers who actually drive the vehicle in the market. It becomes possible. Furthermore, even during vehicle development, by applying this system to a large number of subjects and determining the optimal steering parameters, it is possible to significantly reduce the number of man-hours for design and experiments, and to improve costs while improving quality. Reduction can be achieved.
1 ステアリングパラメータ最適化システム
10 車両特性同定部
20 ドライバ特性同定部
21 フィードフォワード操舵部
22 フィードバック操舵部
30 修正操舵量推定部
40 パラメータ学習部
50 パラメータ適応部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
走行中の車両の状態量の履歴に基づいてドライバの運転特性を同定するドライバ特性同定部と、
上記ドライバの運転特性と走行中の車両の伝達特性とに基づいて、ドライバの目標走行軌跡に対する修正操舵量を推定し、該修正操舵量が最小となるステアリングパラメータを学習して最適化するステアリングパラメータ最適化部と
を備えたことを特徴とするステアリングパラメータ最適化システム。 A steering parameter optimization system for a vehicle capable of changing a steering characteristic,
A driver characteristic identification unit that identifies the driving characteristic of the driver based on the history of the state quantity of the vehicle in progress;
Steering parameters for estimating and correcting a steering parameter that minimizes the corrected steering amount based on the driving characteristics of the driver and the transmission characteristics of the running vehicle A steering parameter optimization system comprising an optimization unit.
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2008
- 2008-05-22 JP JP2008134688A patent/JP2009280097A/en active Pending
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