JP2020032893A - 車両運動制御装置 - Google Patents

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【課題】車両の走行状態に拘わらず車両の横方向運動に関するアクチュエーター指令値を精度よく算出できる車両運動制御装置を提供する。【解決手段】ドライバーの運転を支援する複数のシステムから横方向加速度及び曲率の少なくとも1つを含む車両の運動に関する要求を受け付けることが可能な受付部と、要求された横方向加速度及び曲率を車両の横方向運動に関わる1つ以上のアクチュエーターに配分する指令値に変換する変換部と、指令値を1つ以上のアクチュエーターをそれぞれ動作させる1つ以上の制御装置に送信する送信部と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、車両の運動を制御する装置に関する。
車両で発生する車両の運動に関する複数の要求を調整して、調整結果に応じてアクチュエーターの動作を管理することができる車両が知られている。例えば、特許文献1には、アクチュエーターのアベイラビリティに応じて複数の要求を調整して、車両の運動を最適に制御する装置が開示されている。
特開2012−096619号公報
特許文献1に記載された制御装置では、車両の横方向運動を制御するアクチュエーター指令値を、ヨーレートの要求値に基づいて算出している。このため、自動駐車時などの極低速で走行している状態ではステアリングの操舵角が大きくてもヨーレートの要求値が小さくなるため、要求値をアクチュエーター指令値に適切に変換することができない。すなわち、ヨーレートを用いた横方向運動の制御では、車両の走行状態によってはアクチュエーター指令値を精度よく算出することができない場合がある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、車両の走行状態に拘わらず車両の横方向運動に関するアクチュエーター指令値を精度よく算出できる車両運動制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、ドライバーの運転を支援する複数のシステムから横方向加速度及び曲率の少なくとも1つを含む車両の運動に関する要求を受け付けることが可能な受付部と、要求された横方向加速度及び曲率を車両の横方向運動に関わる1つ以上のアクチュエーターに配分する指令値に変換する変換部と、指令値を1つ以上のアクチュエーターをそれぞれ動作させる1つ以上の制御装置に送信する送信部と、を備えることを特徴とする。
上記一態様によれば、複数のシステムからの車両の運動に関する要求のうち、回転方向を運動学的単位である曲率で受け付けて処理することができる。これにより、例えば、極低速走行においてステアリングを大きく操舵しても横方向運動に関する要求値が小さくならないため、要求値をアクチュエーター指令値に適切に変換することが可能となる。
本開示の車両運動制御装置によれば、車両の走行状態に拘わらず、車両の横方向運動に関するアクチュエーター指令値を精度よく算出することができる。
本発明の一実施形態に係る車両運動制御装置の機能ブロックを示す図
[概要]
本発明に係る車両運動制御装置は、各システムから車両の横方向運動に関する要求を横方向加速度と曲率で受け付ける。これにより、回転方向を運動学的単位である曲率で処理できるので、車両の走行状態に拘わらず車両の横方向運動に関するアクチュエーター指令値を精度よく算出できる。
[構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る車両運動制御装置20とその周辺の構成の機能ブロック図である。図1に例示した車両運動制御装置20は、要求受付部21と、フィードバック制御部22と、変換送信部23と、を備えている。
車両運動制御装置20は、運転支援ECU10からの要求及びセンサー部50から取得される情報に基づいて、車両の「走る」「曲がる」「止まる」といった車両の運動に関する制御内容を決定する。そして、車両運動制御装置20は、決定した制御内容に基づいて、自らが管理しているステアリング制御ECU31、ブレーキ制御ECU32、及びパワートレイン制御ECU33などに対して必要な指令を行い、ステアリング41、ブレーキ42、及びパワートレイン(又はインホイールモータ)43などの車両の運動に関わるアクチュエーターを適切に制御する。
運転支援ECU10は、ドライバーの運転をサポートするために各種の制御を行うユニットであり、一例として自動運転システム11、自動駐車システム12、及び予防安全システム13などを含む。これらのシステムは、各システムで制御目標となる車両の動きを少なくとも、縦方向(車両前後方向)及び横方向(車両幅方向)の移動については運動力学的単位である縦方向加速度Ax及び横方向加速度Ayによって、回転方向の移動については運動学的単位である曲率Rによって、車両運動制御装置20に要求するように構成される。なお、曲率Rの代わりに、回転半径r(=1/R)を用いてもよい。
センサー部50は、車両の運動に関する情報を取得する各種のセンサーであり、一例として車速を測定できる車輪速センサーや、ヨーレートや縦横方向の加速度を測定できるシャシーセンサーなどを含む。
要求受付部21は、運転支援ECU10から1つ又は複数の要求を受け付け、この受け付けた要求を調停又は選択して最適な1つの縦方向加速度Ax、横方向加速度Ay、曲率Rによる要求(Ax、Ay、R)を出力する。要求受付部21は、横方向運動の制御に関しては、横方向加速度Ay及び曲率Rの少なくとも1つを含む要求を受け付ければよい。
フィードバック制御部22は、要求受付部21が出力する最適な1つの要求(Ax、Ay、R)と、ステアリング制御ECU31、ブレーキ制御ECU32、及びパワートレイン制御ECU33などからフィードバックされるアクチュエーター情報(制御実現結果、アベイラビリティなど)と、センサー部50から入力する車両の運動に関する情報とに基づいて、フィードバック結果などを加味した縦方向加速度Ax、横方向加速度Ay、曲率Rを演算する。例えば、横方向加速度Ayは、車両に設置された横Gセンサーからフィードバックされる測定値に基づいて演算することができる。曲率Rは、横Gセンサーと車輪速センサーとからフィードバックされる測定値によって推定される曲率に基づいて演算することができる。
変換送信部23は、フィードバック制御部22で演算された要求(Ax、Ay、R)を、ステアリング41、ブレーキ42、及びパワートレイン43などの車両の運動に関わる1つ以上のアクチュエーターに配分する指令値として、各アクチュエーターの動作特性に応じた操作量(制動力Fx、操舵角δなど)の単位に変換する。そして、変換送信部23は、変換した指令値を該当するアクチュエーターを動作させる各制御ECUにそれぞれ送信する。
ステアリング制御ECU31は、変換送信部23から受信する指令値とドライバーのステアリング操作に応じた指令値とに基づいて、所定のステアリングドライバーモデルに従ったステアリング41の制御を実施する。ブレーキ制御ECU32は、変換送信部23から受信する指令値とドライバーのブレーキ操作に応じた指令値とに基づいて、所定のブレーキドライバーモデルに従ったブレーキ42の制御を実施する。パワートレイン制御ECU33は、変換送信部23から受信する指令値とドライバーのアクセル操作に応じた指令値とに基づいて、所定のアクセルドライバーモデルに従ったパワートレイン43の制御を実施する。
本実施形態に係る車両運動制御装置20は、例えばこのブレーキ制御ECU32内に構成することができる。また、運転支援ECU10に含まれる各システムや、車両運動制御装置20が管理する各制御ECU及び各アクチュエーターは、図示したものに限られるものではない。なお、各ECUは、CANなどの車内ネットワークを介して相互に通信可能に接続されている。
[実施例]
以下、車両の横方向の運動制御を例に挙げて、運転支援ECU10の各システムからどのような要求が車両運動制御装置20へ出力されるのか、また車両運動制御装置20によってどのように各アクチュエーターを制御して要求が実現されるかを、具体的に幾つか説明する。
<要求例1>
予防安全システム13は、レーンキープ制御機能によって、直線の道路を走行車線のセンターを維持して走行させるために車両を加速度Yで横方向へ移動させたい場合には、横方向加速度Ay=Yかつ曲率R=0(又は曲率の要求なし)を、車両運動制御装置20に要求する。
<要求例2>
予防安全システム13は、レーンキープ制御機能によって、曲率Xでカーブしている道路を走行車線のセンターを維持して走行させるために車両を加速度Yで横方向へ移動させたい場合には、横方向加速度Ay=Yかつ曲率R=Xを、車両運動制御装置20に要求する。
<要求例3>
自動駐車システム12は、自動駐車制御機能によって、ごく低速で曲率Xの軌道により車両を移動させたい場合には、横方向加速度Ay=0(又は横方向加速度の要求なし)かつ曲率R=Xを、車両運動制御装置20に要求する。
<実現例1>
運転支援ECU10からの運動要求をステアリング41の操舵だけで実現させる場合、車両運動制御装置20は、横方向加速度Ayとセンサー部50から取得した現在の車速Vxとに基づいて、要求された横方向加速度Ayに応じた曲率Ry(=Ay/Vx)を計算する。そして、車両運動制御装置20は、算出した曲率Ryと要求された曲率Rとに基づいて曲率R(=R+Ry)を算出し、算出した曲率Rからステアリング41の操舵角δを演算する。
<実現例2>
運転支援ECU10からの運動要求を4輪操舵機能(4WS)を有するステアリング41の操舵で実現させる場合、車両運動制御装置20は、上述した実現例1の手法によってステアリング41の操舵角δを演算する。ただし、運転支援ECU10からの運動要求が横方向加速度Ayだけで曲率Rがない場合には、車両運動制御装置20は、車両の前輪と後輪とを同位相の操舵制御とした上で、要求された横方向加速度Ayを操舵角速度に変換する。これにより、横方向加速度Ayをステアリング41の操舵で実現できる。
<実現例3>
インホイールモータ43を搭載した車両において、インホイールモータ43の左右トルク差制御で生じるモーメントは、曲率Rを制御するフィードバック微分項にあたる。このため、運転支援ECU10からの運動要求をインホイールモータ43の駆動で実現させる場合、車両運動制御装置20は、インホイールモータ43を微分項分の実現手段として分離して要求する(dR=dVx/dω)。
[作用・効果]
以上のように、本発明の一実施形態に係る車両運動制御装置20によれば、運転支援ECU10からの車両の運動に関する要求のうち、回転方向を運動学的単位である曲率Rで受け付けて処理することができる。これにより、例えば極低速走行においてステアリング41を大きく操舵しても横方向運動に関する要求値が小さくならないため、要求値をアクチュエーター指令値に適切に変換することが可能となる。従って、ヨーレートを用いた横方向運動の制御と比べて、車両の走行状態に拘わらず車両の横方向運動に関するアクチュエーター指令値を精度よく算出することができる。
また、本実施形態に係る車両運動制御装置20は、要求元であるシステムの機能に拘わらず同じ単位で横方向運動の要求を扱うことができるので、フィードバック制御部22を1つにまとめることができ、また変換送信部23も1つにまとめることができる。また、曲率Rは、運動力学的単位への変換も可能であるため、所定の制御(例えば安定化制御)と横方向運動制御との協調が必要な場合にも対応することができる。
なお、本発明は、車両運動制御装置として捉えるだけでなく、車両運動制御装置のコンピューターが実行する方法、プログラム、あるいは、車両運動制御装置を搭載した車両として捉えることも可能である。
本発明は、車両の運動を制御するシステムに有用である。
10 運転支援ECU
11 自動運転システム
12 自動駐車システム
13 予防安全システム
20 車両運動制御装置
21 要求受付部
22 フィードバック制御部
23 変換送信部
31 ステアリング制御ECU
32 ブレーキ制御ECU
33 パワートレイン制御ECU
41 ステアリング
42 ブレーキ
43 パワートレイン(インホイールモータ)
50 センサー部

Claims (1)

  1. ドライバーの運転を支援する複数のシステムから、横方向加速度及び曲率の少なくとも1つを含む車両の運動に関する要求を受け付けることが可能な受付部と、
    前記要求された横方向加速度及び曲率を、車両の横方向運動に関わる1つ以上のアクチュエーターに配分する指令値に変換する変換部と、
    前記指令値を前記1つ以上のアクチュエーターをそれぞれ動作させる1つ以上の制御装置に送信する送信部と、
    を備える、車両運動制御装置。
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