JP2015074366A - 車両の運動制御装置 - Google Patents
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Abstract
通常時にはぎくしゃくせず、緊急回避操舵時には確実にドライバをアシストする車両の運動制御装置を提供する。
【解決手段】
入力された外界情報及び車両情報に基づいて、車両の危険ポテンシャルを推定する危険ポテンシャル推定部と、車両の横加加速度と予め定めたゲインとに基づいて車両の前後運動制御指令を生成する車両前後運動制御部と、車両の横加加速度と予め定めたゲインとに基づいて車両のヨーイング運動制御指令を生成する車両ヨーイング運動制御部と、車両の前後運動制御指令と車両のヨーイング運動制御指令の比率を調整する比率調整部と、を有し、比率調整部は、危険ポテンシャル推定部で推定された危険ポテンシャルに基づいて比率が調整される。
【選択図】 図29
Description
以上のように、特許文献1ではドライバによる操舵角、あるいは操舵角速度が大きくなると、制動制御を禁止する時間が設定される。すなわちドライバによる緊急回避操舵操作(一般的に操舵角、操舵角速度が大きい)が入った場合、この回避操作をアシストするものではない。
<横運動に連係した前後加速度制御(G-Vectoring)>
ハンドル操作による横運動に連係して自動的に加減速することにより、前輪と後輪の間に荷重移動を発生させて車両の操縦性と安定性の向上を図る方法が、非特許文献1に示されている。具体的な加減速指令値(目標前後加速度Gxc)は、以下数1に示す通り、
まず直進路区間Aから車両がコーナーに進入する。過渡区間B(点1〜点3)では、ドライバが徐々に操舵を切増すに従い、車両の横加速度Gyが増加していく。横加加速度Gy_dotは、点2近辺の横加速度が増加している間、正の値をとることになる(横加速度増加が終了する3の時点ではゼロに戻る)。このとき、数1より、制御車両には横加速度Gyの増加に伴い、減速(Gxcは負)指令が発生する。これに伴い、前外、前内、後外、後内の各輪に略同じ大きさの制動力(マイナス符号)が加わることになる。
<横運動に連係したヨーモーメント制御(モーメント・プラス(M+))(図4)>
モーメント・プラスはG-Vectoring Control(GVC)指令値を基に、即ち横加加速度情報を用いて、車両にヨーモーメントを加え、車両の操縦性と安定性を向上する、非特許文献2内で報告されている新たな制御則である。基本制御則は以下数2のように定式化される。
<緊急回避時の減速度制御とヨーモーメント制御の割合配分指針(質点での計算)>
さて、GVCは専ら前後加減速度を制御するためのものでM+制御はヨーイング運動を制御するものであるため、これらの制御は非干渉で組み合わせることが出来る。したがって、前述のGVCとM+制御のどちらをメインの制御にするかは任意に決定できるということである。M+制御のところで記載したように、すくなくとも通常領域においては、(フィーリング上)M+制御の割合が大きいほうが好適なようである。
<純粋な横力が作用する質点の運動>
質量mの質点が速度vで運動していると仮定する(図5(a))。この質点に、速度方向に直角の外力Fが作用するとき、加速度aが発生し、F=maの関係が成り立つ。
この運動を瞬間的な運動と考えると、一定速度vで旋回運動(円運動)する質点に向心力Fが作用する状態と等価である(図5(b))。また、これと車両との関係を図5(c)に参考として示す(a=Gy)。速度方向と直角の方向に作用する外力Fを向心力、旋回中心方向に発生する加速度Gyを向心加速度と考えることができる。旋回運動における回転角速度をωとすると、向心加速度Gyは、vωであり、以下数4の関係が知られている。
<速度方向成分を持つ横力が作用する質点の運動(GVC)>
GVCは、横運動に連係した加減速制御であるため、前節で述べた速度方向と直角な外力成分Fyに加え、速度と同じ方向の減速度Gx、減速力Fxが作用することになる(図7(a))。
結果として外力の合成ベクトルFGVCの大きさは、以下数5となる。
<緊急回避時の減速度制御とヨーモーメント制御の割合配分指針(シミュレーションによる検証)>
前章で述べた質点の運動についてフルビークルモデルを用いた車両運動シミュレーション(簡略化のためLターンを想定)に拡張し、特に旋回時の減速制御を行った際の、旋回中心の移動という観点から精査した。もちろん旋回中心が障害物から遠い、手前のほうにあるほうが、緊急回避性能及び、ドライバに対する安心感も高くなると思われる。
<シミュレーション条件>
シミュレーション条件を表1に示す。路面はドライアスファルトを想定し、進入速度は80km/hと、半径40mのLターンとしている(図10)。タイヤモデルとしては非線形コンバインドタイヤ力を考慮することができるマジックフォーミュラモデルを用いている。また、ドライバモデルは、一般的な2次予測前方注視モデルを用いて計算している。前方に障害物があるときに、半径40mのL字状の軌跡を想定し回避動作を行っている状態を模擬している。
<シミュレーション結果(移動座標系での解析)>
図12(a)に操舵角、(b)に操舵角とヨーレイトの関係、(c)に横滑り角、(d)に車速、(e)に"g-g”ダイアグラムの比較を示す。また、(f)、(g)、(h)にそれぞれの制御条件における車両前後、横の加速度の時刻暦波形を示す。
これらの2つのケースの結果に対して、GVCはバランスの取れたシミュレーション結果となっている。
<シミュレーション結果(空間固定座標系での解析)>
前節の結果でも、定性的には制御なし、Moment+と比較して、GVCは安心感が高くなるであろうことが予想される。しかしながら、たとえばMoment+のゲインを下げて、ヨーレイト応答をある程度まで下げた場合に、安心感は向上するのであろうか?ということが疑問として残る。また、そのようにゲインチューニングを行った場合、さらに減速度が低下することになる。ここでは、シミュレーションで得られた車両軌跡と車両に加わる合成加速度を空間固定座標系であらわし、3つのケースを比較してみる。
<旋回中心の計算>
シミュレーションにより各時間におけるXY平面上の座標(X(i)、Y(i))は得られている。したがって、これらの値より、以下数9となる。
車両固定の移動座標系では、i番目の車両の横方向に対して合成加速度がなす角γ[i]は、以下数17の式で示すことができる。
<旋回中心と合成加速度の評価結果>
前節の式を用い、制御なし、 GVC、 Moment+制御について車両位置、旋回中心、車両に加わる合成加速度ベクトルの空間固定座標系に対する終端位置を計算した結果を図14、15、16に示す。コーナリングを開始する2秒から4秒までを0.5秒刻みで、そして、それ以外は1秒刻みでプロットしている。車両位置から、合成加速度ベクトルの終端位置を結ぶと、合成加速度ベクトルとなる(見やすいように10倍している(矢印)。単位は[G])。また、車両位置からその時点での瞬間旋回中心に向けて点線を引いている。
<緊急回避時の減速度制御とヨーモーメント制御の割合配分指針(実車検証)>
さて、図18は、30m離してパイロンAとパイロンBを置き、パイロンAの右側をすり抜け、パイロンBの左側に移動する、レーンチェンジンジを模擬的に行った時の、操舵角、前後加速度、横加速度、そして車両速度について、ESCによるヨーモーメント制御のみを稼働した状態と、GVCとESCによるヨーモーメント制御の複合制御を稼働した状態を比較したものである。ESCによるヨーモーメント制御ロジックはM+そのものではないが、減速度制御とモーメント制御の比較評価としては、十分だと考えられる。
<アクチュエータ要件について>
一方、これらの横運動に連係した前後運動制御、モーメント制御は、通常領域から稼働させることにより、通常領域から制御効果があるというのが、その特徴ではあるが、全く別の観点で、このような制御を実現するためのアクチュエータのNVH(Noise、 Vibration、 Harshness)性能、あるいは耐久性能に高い要求が出される場合が多い。
<まとめ>
以下に、ここまで検討してきた内容を用いて、緊急回避時の減速度制御とヨーモーメント制御の割合配分指針についてまとめて述べる。
(1) 横運動に連係した前後加速度制御において、横運動を特徴的に表す状態量(横加加速度)に対するゲインを大きくすることにより、速度低減効果、旋回中心を障害物から遠ざける効果などが大きくなり、回避性能が大幅に向上する。
(2) 横運動に連係したヨーモーメント制御において、横運動を特徴的に表す状態量(横加加速度)に対するゲインを大きくすると、旋回促進側の制御の場合、旋回内側後輪に大きな制動力を加えることになる。このような状況では後輪の横力限界が低下し、横滑り角が大きくなり安定性が損なわれがちである。従って、減速度を確保することができず、回避性能が低下しがちである。
(3) 前後加速度制御、ヨーモーメント制御ともに、ゲインを増加させるとぎくしゃく感が増加するが、制御効果とフィーリングがバランスするように、通常領域ではヨーモーメント制御(M+制御)の割合を増加させる方が好適である(このときの減速度はGVCと同じように合成加速度がなめらかに回転するような状況となる)。
(4) 制動アクチュエータの耐久性、あるいはNVH性能に課題がある場合は、稼働頻度を少なくする必要がある。
ということである。
ドライバのブレーキペダル11の操作量(踏み込み量)は、ブレーキペダルポジションセンサ32により検出され、ペダルコントローラ48を経て、ADASコントローラ40で演算処理される。
左前輪61、右前輪62、左後輪63、右後輪64には、それぞれブレーキロータが配備され、車体側にはこのブレーキロータをパッド(図示せず)で挟み込むことにより車輪を減速させるキャリパーが搭載されている。
また、極端な例として、このときの比率のみならず、Cxy、Cmなどの横運動連係ゲインをゼロにしておくと、通常時は減速用アクチュエータの稼働頻度を著しくさげることができ、耐久性要件を大幅に緩和することができる。また、NVH性能が低い安価な減速用アクチュエータを搭載した車両に対しても、NVH性能が問題になる確率を大幅に低減できる。このことについては、図31、32、33を用いて、危険ポテンシャルに基づいて、減速度制御とヨーモーメント制御の比率を変化させるのみではなく、それぞれの制御指令を決定するゲインを変化させることに言及した、第2の実施例において述べることにする。
つぎに、危険ポテンシャルにもとづき、減速度対ヨーメントの比率RGMを変化させるだけではなく、横運動に連係した減速度制御、横運動に連係したモーメント制御の強さ(ゲイン)をも変化させる反発明の第2の実施例について、図31、32を用いて述べる。基本構成は、図29と類似しているが、危険ポテンシャルに基づいて、加減速度コントローラ43により計算される減速度指令値とヨーイングモーメントコントローラ44により計算されるモーメント指令値に乗じる、ゲインKを、例えばマップ460,461などに記憶しておくゲイン調整部を有している。マップ460,461には、図27の減速度対ヨーメントの比率RGMと同様に、危険ポテンシャルが増加すると、ゲインK増加するような関係が記憶されている。特に、RP0に対するゲインKRP0=0と設定すると、通常領域でのブレーキアクチュエータの稼働頻度をゼロとすることができる。
RP0に対するゲイン 0.0
RP1に対するゲイン 1.0
RP2に対するゲイン 1.5
RP3に対するゲイン 2.0
ゲインを増加させる本発明の制御方法を採用すると、生涯正規化稼働時間(稼働強さも考慮)を2.3%にまで低減できる。また、危険リスクが高い時は、多少の作動音、振動、ぎくしゃく感は、容認されるため、価格レンジの低い車両においても(ESCは標準装着であるため)本発明により、緊急回避性能を向上することが出来る。
1 エンジン
2 電子制御トランスミッション
7 パワーステアリング
10 アクセルペダル
11 ブレーキペダル
16 ステアリング
21 横加速度センサ
22 前後加速度センサ
23、24、 微分回路
31 アクセルポジションセンサ
32 ブレーキペダルポジションセンサ
33 ドライバ舵角センサ
38 ヨーレイトセンサ
40 ADASコントローラ
41 危険ポテンシャル推定部
42 減速度対ヨーモーメント比率調整部
43 加減速度コントローラ
44 ヨーイングモーメントコントローラ
450 ブレーキコントローラ
451 ESC制御部
452 ブレーキ力配分調整手段
45 ステアリングコントローラ
46 パワートレインコントローラ
48 ペダルコントローラ
51 アクセル反力モータ
52 ブレーキペダル反力モータ
53 ステア反力モータ
61 左前輪
62 右前輪
63 左後輪
64 右後輪
70 ステレオカメラ
701 ステレオ画像処理装置
Claims (20)
- 入力された外界情報及び車両情報に基づいて、車両の危険ポテンシャルを推定する危険ポテンシャル推定部と、
車両の横加加速度と予め定めたゲインとに基づいて車両の前後運動制御指令を生成する車両前後運動制御部と、
車両の横加加速度と予め定めたゲインとに基づいて車両のヨーイング運動制御指令を生成する車両ヨーイング運動制御部と、
前記車両の前後運動制御指令と車両のヨーイング運動制御指令の比率を調整する比率調整部と、を有し、
前記比率調整部は、前記危険ポテンシャル推定部で推定された前記危険ポテンシャルに基づいて前記比率が調整される車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記比率調整部は、前記危険ポテンシャル推定部で前記危険ポテンシャルが検出された場合、検出されない場合に比べて、前記前後運動制御指令の比率をヨーイング運動制御指令の比率より大きくなるように調整する車両の運動制御装置。 - 請求項1又は2記載の車両の運動制御装置において、
前記比率調整部は、前記危険ポテンシャル推定部で前記危険ポテンシャルが検出された場合、検出されない場合に比べて、前記前後運動制御指令が大きくなり、ヨーイング運動制御指令が小さくなるように調整する車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記車両前後運動制御部は、車両の横加加速度と予め定めた第1のゲインに基づいて車両の前後加速度指令値を算出して、前後加速度指令値を出力し、
前記車両ヨーイング運動制御部は、車両の横加加速度と予め定めた第2のゲインに基づいて車両のヨーモーメント指令値を算出して、ヨーモーメント指令値を出力し、
前記比率調整部は、前記危険ポテンシャル推定部で推定された前記危険ポテンシャルに基づいて減速度対ヨーメントの比率が調整される車両の運動制御装置。 - 請求項4記載の車両の運動制御装置において、
前記比率調整部は、前記危険ポテンシャル推定部で推定された前記危険ポテンシャルに基づいて、減速度対ヨーメントの比率を算出し、前後加速度指令値に前記比率を乗じた値を新たな前後加速度指令値とし、ヨーモーメント指令値に、1から前記比率を減じた値を乗じた値を新たなヨーモーメント指令値として調整される車両の運動制御装置。 - 請求項5記載の車両の運動制御装置において、
前記比率調整部は、前記危険ポテンシャル推定部で推定された前記危険ポテンシャルが予め定めた値より高い場合、前記値より低い場合に比べて、減速度対ヨーメントの比率(RGM)が大きくなるように調整する車両の運動制御装置。 - 請求項2記載の車両の運動制御装置において、
前記比率調整部は、前記危険ポテンシャルが検出されない場合、前記減速度対ヨーメントの比率をゼロとなるように調整する車両の運動制御装置。 - 請求項4記載の車両の運動制御装置において、
前記比率調整部は、前記危険ポテンシャル推定部で推定された前記危険ポテンシャルが予め定めた値より高い場合、前記値より低い場合に比べて、前記第1のゲイン又は/及び前記第2のゲインが大きくなるように調整する車両の運動制御装置。 - 請求項8記載の車両の運動制御装置において、
前記比率調整部は、前記危険ポテンシャル推定部で推定された前記危険ポテンシャルがゼロの場合、前記第1のゲイン又は/及び前記第2のゲインをゼロとなるように調整する車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記外界情報は、カメラ又はレーダから取得した自車前方外界情報であって、
前記車両情報は、車速、操舵角、加速度、ヨーレイト、ペダル操作速度、ブレーキ操作速度の少なくとも1つの情報である車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記危険ポテンシャル推定部は、車両の危険ポテンシャルの定量的評価を推定する車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記車両の危険ポテンシャルの定量的評価は、衝突余裕時間や、操舵角速度や、車両モデルが推定した横運動と計測された実運動の偏差に基づいて、定量化される車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記比率調整部は、予め記憶された前記危険ポテンシャルに応じた前記減速度対ヨーメントの比率の値が記されたマップを用いて、推定された前記危険ポテンシャルに対応する前記減速度対ヨーメントの比率が出力される車両の運動制御装置。 - 請求項8記載の車両の運動制御装置において、
前記比率調整部は、予め記憶された前記危険ポテンシャルに応じた前記ゲインの値が記されたマップを用いて、推定された前記危険ポテンシャルに対応する前記ゲインが出力される車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記車両前後運動制御部は、車両の横加速度の絶対値が増加する時、車両が減速し、車両の横加速度の絶対値が減少する時、車両が加速するように前記車両の前後運動制御指令が生成される車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記車両前後運動制御部は、車両の操舵角の絶対値が増加する時、車両が減速し、車両の操舵角の絶対値が減少する時、車両が加速するように前記車両の前後運動制御指令が生成される車両の運動制御装置。 - 請求項4記載の車両の運動制御装置において、
前記前後加速度指令値Gxcは、
(但し、Gy:車両横加速度、Gy_dot:車両横加加速度、Cxy:横加加速度ゲイン、T:一次遅れ時定数、s:ラプラス演算子、Gx_DC:オフセット)
で生成される車両の運動制御装置。 - 請求項4記載の車両の運動制御装置において、
前記ヨーモーメント指令値は、車両の横加速度の絶対値が増加するときに車両の旋回を促進し、車両の横加速度の絶対値が減少するときに車両の旋回が復元するように生成される車両の運動制御装置。 - 請求項3記載の車両の運動制御装置において、
前記ヨーモーメント指令値は、車両の操舵角の絶対値が増加するときに車両の旋回を促進し、車両の操舵角の絶対値が減少するときに車両の旋回が復元するように生成される車両の運動制御装置。 - 請求項3記載の車両の運動制御装置において、
前記ヨーモーメント指令値Mz+は、
(但し、Gy:車両横加速度、Gy_dot:車両横加加速度、Cmnl:横加加速度ゲイン、Tmn:一次遅れ時定数、s:ラプラス演算子)
で生成される車両の運動制御装置。
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