JP2015174653A - ステアバイワイヤシステムを備えた車両の半自動運転の方法および車両の動作を制御するステアバイワイヤシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の幾つかの実施形態では、車輪コントローラー及びステアリングホイールコントローラーの設計は、それぞれステアリングラックサブシステム及びステアリングコラムサブシステムに対する線形モデルに基づく。
幾つかの実施形態では、コラムコントローラー及びラックコントローラーは、閉ループシステムが漸近安定であり、車輪及びステアリングホイールの状態をそれぞれ変更する、車輪及びステアリングホイールに対する制御コマンドから、単一のDCゲインを有するように設計されている。
ステアリングホイール及び車輪の連係した制御を確保するステアバイワイヤシステムの適切な動作のために、幾つかの制約を強制する必要があることが理解される。例えば、制約は、車輪の動きに対する制約と、ステアリングホイールの動きに対する制約と、ステアリングホイール及び車輪の作動に対する制約と、車輪の動きに対するステアリングホイールの相対的な動きに対する制約とを含むことができる。
半自動運転モードを備えた車両制御システムでは、SADPシステムが、車輪角度の目標値、すなわち目標角度を提供することができる。ステアリング制御システムは、車輪角度及び操舵角が目標角度を追跡し、最終的に目標角度と整列するように、ステアリングアクチュエータを制御する。しかしながら、SADPシステムは、ステアリングシステムの状態を認識せず、そのため、ステアリングシステムに対する制約を強制することができない。したがって、本発明の幾つかの実施形態は、目標角度を反復的に変更して、各反復において制約を満足させながら車輪角度の目標値を漸近的に追跡して、操舵角及び車輪角度の値を求める。
本発明の幾つかの実施形態は、不変集合理論からの概念を用いて車輪及びステアリングホイールの状態に対する制約の満足を確実にする。例えば、幾つかの実施形態は、操舵角、車輪角度、並びにステアリングホイール及び車輪の状態の実行可能な値の実行可能領域の正の不変部分集合に含まれるように、ステアリングホイール及び車輪の状態を変更するように、コラムコントローラー及びラックコントローラーに対して制御コマンドを生成する。
本発明の一実施形態では、2つの非線形フィルター501及び503が、コラムコントローラー及びラックコントローラーに対する制御コマンドを生成するように設計される。フィルターの組合せは、最初に、半自動運転計画システムのコマンドに対して車輪システムの状態を最適化し、その後、そうした最適化の結果に基づいて、ステアリングホイールシステムの状態を最適化する。
本発明の他の実施形態では、第1のフィルター及び第2のフィルターは、単一の多変量非線形フィルターに置き換えられる。こうしたフィルターを用いることにより、最初に車輪システムを最適化し、その結果に基づいてステアリングホイールシステムを最適化するのではなく、式(16)〜(21)における制約を強制し、半自動運転計画システムに応答してシステム全体の挙動を同時に最適化することが可能である。
制御不変集合の計算が図7Aの方法に基づく幾つかの実施形態では、不変集合Or、Ow、Osbwは、以下の形式の一次不等式によって表され、
Claims (20)
- ステアリングホイールが車輪から機械的に切り離されており、それにより前記ステアリングホイールの操舵角が、ラックモーターによって制御される前記車輪の車輪角度とは無関係にコラムモーターによって制御されるステアバイワイヤシステムを備えた車両の半自動運転の方法であって、
半自動運転計画(SADP)システムから前記車輪角度の目標値を受け取ることと、
前記車輪の動きに対する制約と、ステアリングホイールの動きに対する制約と、前記ステアリングホイール及び前記車輪の作動に対する制約と、前記車輪の動きに対する前記ステアリングホイールの相対的な動きに対する制約とを含む制約を条件として、前記車輪角度の前記目標値を追跡して、前記操舵角及び前記車輪角度の値を求めることと、
前記操舵角及び前記車輪角度の前記値に従って、前記コラムモーター及び前記ラックモーターに対する制御コマンドを生成することと、
を含み、
前記方法のステップはプロセッサによって実行される、方法。 - 前記求めることは、
前記車輪角度の前記目標値に非線形フィルターを反復的に適用して、各反復において前記制約が満足されるように、前記操舵角及び前記車輪角度の前記値を求めること、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記非線形フィルターは、第1のフィルター及び第2のフィルターを含み、
前記車輪角度の前記目標値に前記第1のフィルターを適用して前記車輪角度の前記値を生成することと、
前記車輪角度の前記値をスケーリングして前記車輪角度のスケーリングされた値を生成することと、
前記車輪角度の前記スケーリングされた値に前記第2のフィルターを適用して、前記操舵角の前記値を生成することと、
を更に含む、請求項2に記載の方法。 - 前記非線形フィルターは、多変量非線形フィルターを含み、
制御の各時間ステップにおいて、前記操舵角及び前記車輪角度の前記値を同時に求めること、
を更に含む、請求項2に記載の方法。 - 前記求めることは、
不変集合から前記目標値に最も近い前記操舵角及び前記車輪角度の前記値を求めること、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記車輪角度の前記目標値は、前記車両の移動の状態と前記車両の前記移動の目的とに基づいて求められ、それにより、前記目標値は前記ステアリングホイールの状態とずれている、請求項1に記載の方法。
- 前記車輪の動きに対する前記制約は、前記車輪角度に対する制約と、前記車輪角度の変化の速度に対する制約と、前記車輪角度の角加速度に対する制約とのうちの1つ又は組合せを含み、
前記ステアリングホイールの動きに対する前記制約は、前記操舵角に対する制約と、前記操舵角の変化の速度に対する制約と、前記ステアリングホイールの角加速度に対する制約とのうちの1つ又は組合せを含み、
前記車輪の動きに対する前記ステアリングホイールの相対的な動きに対する前記制約は、スケーリングされた車輪角度と前記操舵角との差に対する制約と、前記車輪角度のスケーリングされた値と前記操舵角の値との差に対する制約と、前記車輪角度の変化のスケーリングされた速度と前記操舵角の変化の速度との差に対する制約と、車輪角度のスケーリングされた角加速度と前記操舵角の角加速度との差に対する制約とのうちの1つ又は組合せを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記求めることは、
前記車輪角度の前記値と前記車輪角度の前記目標値との間の第1の関係と、前記操舵角の前記値と前記車輪角度の前記値との間の第2の関係とを指定するコスト関数を最適化すること、
を含み、前記最適化は前記制約を条件とする、請求項1に記載の方法。 - 前記第1の関係は、前記車輪角度の前記値と前記車輪角度の前記目標値に非負定数を掛けた値との差の平方を含み、前記第2の関係は、前記車輪角度のスケーリングされた値と前記操舵角の前記値との差の平方を含む、請求項8に記載の方法。
- 前記車輪角度の前記目標値を追跡する迅速性を、前記操舵角を前記車輪角度と位置合せする迅速性と平衡させるように、前記非負定数の値を求めることであって、前記非負定数の前記値を増大させることにより、前記車輪角度による前記目標値の追跡の前記迅速性が向上し、前記非負定数の前記値を低減することにより、前記操舵角度の前記車輪角度との位置合せの迅速性が向上する、請求項9に記載の方法。
- 前記操舵角、前記車輪角度の値の実行可能領域と、前記制約を満足させる前記ステアリングホイール及び前記車輪の状態とを求めることと、
前記実行可能領域の一部として不変集合を、前記ステアバイワイヤシステムのダイナミクスの1ステップの展開の後、前記操舵角、前記車輪角度の前記値と、前記ステアリングホイール及び前記車輪の前記状態とが前記不変集合内にあるように、求めることと、
前記不変集合から前記操舵角及び前記車輪角度の値を選択することと、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記選択することは、制約付き二次計画の解に基づく、請求項11に記載の方法。
- 車両の動作を制御するステアバイワイヤシステムであって、
ラックモーターの動きを介して車輪の車輪角度を制御するステアリングラックサブシステムと、
コラムモーターの動きを介してステアリングホイールの操舵角を制御するステアリングコラムサブシステムであって、前記ステアリングホイールは前記車輪から機械的に切り離されており、それにより、前記ステアリングホイールの前記操舵角は、前記ラックモーターによって制御される前記車輪の前記車輪角度とは無関係に前記コラムモーターによって制御される、ステアリングコラムサブシステムと、
制御システムであって、
前記車輪角度の目標値を求める半自動運転計画(SADP)システムと、
前記車輪の動きに対する制約と、ステアリングホイールの動きに対する制約と、前記ステアリングホイール及び前記車輪の作動に対する制約と、前記車輪の動きに対する前記ステアリングホイールの相対的な動きに対する制約とを含む制約を条件として、前記車輪角度の前記目標値を追跡して、前記操舵角及び前記車輪角度の値を求め、前記操舵角及び前記車輪角度の前記値に従って、前記コラムモーター及び前記ラックモーターに対する制御コマンドを生成する電子制御ユニット(ECU)と、
を備える制御システムと、
を備えるステアバイワイヤシステム。 - 前記ECUは、
前記ステアリングラックサブシステムの状態及び前記ステアリングコラムサブシステムの状態に基づいて前記車輪角度の前記目標値を非線形フィルタリングして、前記操舵角及び前記車輪角度の前記値を生成するガバナーと、
前記操舵角の前記値に基づいて前記コラムモーターに対する前記制御コマンドを求めるコラムコントローラーと、
前記操舵角の前記値に基づいて前記ラックモーターに対する前記制御コマンドを求めるラックコントローラーと、
を備える、請求項13に記載のステアバイワイヤシステム。 - 前記ガバナーは、第1のフィルター及び第2のフィルターを含み、前記ガバナーは、前記車輪角度の前記目標値に前記第1のフィルターを適用して前記車輪角度の前記値を生成し、前記車輪角度の前記値をスケーリングして前記車輪角度のスケーリングされた値を生成し、前記車輪角度の前記スケーリングされた値に対して前記第2のフィルターを適用して前記操舵角の前記値を生成する、請求項14に記載のステアバイワイヤシステム。
- 前記ガバナーは多変量非線形フィルターを含み、前記ガバナーは、制御の各時間ステップにおいて前記操舵角及び前記車輪角度の前記値を同時に求める、請求項14に記載のステアバイワイヤシステム。
- 前記ECUは、不変集合から、前記不変集合から前記目標値に最も近い値を選択する制約付き二次計画を解くことにより、前記操舵角及び前記車輪角度の前記値を求める、請求項13に記載のステアバイワイヤシステム。
- ステアリングホイールが車輪から機械的に切り離されており、それにより前記ステアリングホイールの操舵角が、ラックモーターによって制御される前記車輪の車輪角度とは無関係にコラムモーターによって制御されるステアバイワイヤシステムを備えた車両の半自動運転の方法であって、
前記ステアリングホイールの状態とずれている車輪角度の目標値を求めることと、
前記車輪角度の前記目標値に基づいて、制約を条件として前記操舵角の値及び前記車輪角度の値を連帯して求めることと、
前記車輪角度の前記値に従ってラックモーターを、かつ前記操舵角の前記値に従ってコラムモーターを同時に制御することと、
を含む方法。 - 前記制約は、前記車輪の動きに対する制約と、ステアリングホイールの動きに対する制約と、前記ステアリングホイール及び前記車輪の作動に対する制約と、前記車輪の動きに対する前記ステアリングホイールの相対的な動きに対する制約とを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記求めることは、
前記車輪角度の前記目標値に非線形フィルターを反復的に適用して、各反復において前記制約が満足されるように、前記操舵角及び前記車輪角度の前記値を求めること、
を含む、請求項18に記載の方法。
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