JP2021062821A - Vehicle motion controller and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両運動制御装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a vehicle motion control device and a program.
自動運転等の車両運動制御における乗員の快適性を保つ技術として、特許文献1、特許文献2に記載の技術が知られている。特許文献1に記載の技術は、車両の横加速度と横ジャーク(即ち、横方向の加加速度である「横加加速度」)を所定値以下に設定することで、乗員に快適な乗り心地を与えるものである。また、特許文献2に記載の技術は、自動運転の目標となる走行軌跡の曲率の変化率を連続的に制御することで横ジャークの不連続点をなくし、乗員の快適性を保つものである。
The techniques described in
これらの従来技術では、車両の運動に着目し、横加速度や横加加速度といった車両運動に制約を課すことで乗員の快適性を保とうとしている。しかしながら、乗員の快適性を保つためには、車両運動ではなく、車室内で動かされる乗員の運動に着目する必要がある。 In these conventional techniques, attention is paid to the movement of the vehicle, and the comfort of the occupant is maintained by imposing restrictions on the movement of the vehicle such as lateral acceleration and lateral acceleration. However, in order to maintain the comfort of the occupants, it is necessary to pay attention to the movements of the occupants moved in the vehicle interior, not the movements of the vehicle.
車両運動と乗員の運動の間には、動特性が存在しており、車両運動に制約を課しても、必ずしも乗員の運動は制約できるものではなく、乗員の快適性を保つことはできない。このため、上記の従来技術には、乗員の車室内での動きを適切に抑制できない、過度な抑制を行ってしまうなどの課題が存在している。 There is a dynamic characteristic between the vehicle movement and the occupant's movement, and even if the vehicle movement is restricted, the occupant's movement cannot always be restricted and the occupant's comfort cannot be maintained. For this reason, the above-mentioned prior art has problems such as the movement of the occupant in the vehicle interior cannot be appropriately suppressed, and excessive suppression is performed.
本発明の目的は、乗員頭部の動揺の抑制と目標軌跡への追従とを両立させることができる、車両運動制御装置及びプログラムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a vehicle motion control device and a program capable of both suppressing the sway of the occupant's head and following the target trajectory.
本発明の車両運動制御装置は、車両の進行方向と、前記車両が走行する目標コース上の予め定めた前方注視時間後の目標到達点の方向との偏角を検出する偏角検出手段と、検出された前記偏角に比例するヨー角速度を、前記前方注視時間の3分の1のむだ時間後のヨー角速度の第1目標値として演算する目標値演算手段と、前記ヨー角速度の第1目標値を修正して、乗員の頭部動揺を抑制するためのフィードフォワード制御を行う場合の前記ヨー角速度の第2目標値を求める目標値修正手段と、前記ヨー角速度の第2目標値を前記むだ時間後に実現するように、車両運動を制御する車両運動制御手段と、を含み、前記むだ時間を、フィードフォワード制御の位相遅れに相当する第1むだ時間、または、前記第1むだ時間と実舵角からヨー角速度までの伝達関数の位相遅れに相当する第2むだ時間との和とする、車両運動制御装置である。 The vehicle motion control device of the present invention includes a deviation angle detecting means for detecting an deviation angle between the traveling direction of the vehicle and the direction of the target arrival point after a predetermined forward gaze time on the target course on which the vehicle travels. A target value calculation means for calculating the detected yaw angle velocity proportional to the deviation angle as the first target value of the yaw angle velocity after a dead time of one-third of the forward gaze time, and the first target of the yaw angle velocity. The target value correction means for obtaining the second target value of the yaw angle velocity when the feed forward control for suppressing the head sway of the occupant is performed by correcting the value, and the second target value of the yaw angle velocity are wasteful. The waste time is the first waste time corresponding to the phase delay of the feed forward control, or the first waste time and the actual steering, including the vehicle motion control means for controlling the vehicle motion so as to be realized after the time. This is a vehicle motion control device that is the sum of the second dead time corresponding to the phase delay of the transmission function from the angle to the yaw angle velocity.
本発明によれば、乗員頭部の動揺の抑制と目標軌跡への追従とを両立させることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the sway of the occupant's head and follow the target locus at the same time.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。 Hereinafter, an example of the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<乗員頭部の動揺を抑制する制御>
自動車運転中のドライバは、前方の視認性確保のためにこれらの自由度を活用して、頭部動揺を抑制しつつ、姿勢を維持するための筋制御を行っている。本実施の形態では、車両に横加速度を印加したときの着座した乗員の姿勢制御を、人体挙動モデルを用いて模擬する。これにより得られた車両と乗員の間の動特性を考慮して、乗員頭部の動揺を抑制するために、横加速度の入力に対しフィードフォワード制御を行う。
<Control to suppress the sway of the occupant's head>
The driver while driving a car utilizes these degrees of freedom to ensure forward visibility and controls muscles to maintain his / her posture while suppressing head sway. In the present embodiment, the posture control of a seated occupant when a lateral acceleration is applied to the vehicle is simulated by using a human body behavior model. In consideration of the dynamic characteristics between the vehicle and the occupant obtained as a result, feedforward control is performed with respect to the input of the lateral acceleration in order to suppress the sway of the occupant's head.
(人体挙動モデル)
まず、人体挙動モデルについて説明する。
図1は等価的な2重倒立振子としてモデル化される人体挙動を示す図である。図1に示すように、本実施の形態では、人体を3つのパーツとその間の2つの関節で簡略化した2質点系モデルを用いる。人体を2質点系モデルで近似すると共に、後述する耳石フィードバック及び体性フィードバックを、上記2質点系モデルに適用している。
(Human body behavior model)
First, the human body behavior model will be described.
FIG. 1 is a diagram showing human body behavior modeled as an equivalent double inverted pendulum. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, a two-mass system model in which the human body is simplified by three parts and two joints between them is used. The human body is approximated by a two-mass model, and the otolith feedback and somatic feedback described later are applied to the two-mass model.
図1に示すように、本実施の形態では、自動車シートに着座した人体をシートバックへの背中の着力点から上のシート非接触部位である「頭・胸部」と、シートにホールドされた部位である骨盤を含む「腹部」と、さらに骨盤より下の車両に固定された「下半身」とに3分割された人体挙動モデルを想定する。 As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the human body seated on the automobile seat is held by the seat, which is the “cephalothorax” which is the non-contact part of the seat above the point of contact of the back with the seat back. It is assumed that the human body behavior model is divided into three parts, the "abdomen" including the pelvis and the "lower body" fixed to the vehicle below the pelvis.
下半身と骨盤の間の関節に加える関節トルクは、関節角から姿勢の崩れを検出して姿勢を維持するための「体性フィードバック」の役割を果たす。頭・胸部と骨盤を含む腹部の間の関節に加える関節トルクは、耳石で検出された加速度から頭部を倒立させるための「耳石フィードバック」の役割を果たす。 The joint torque applied to the joint between the lower body and the pelvis plays a role of "physical feedback" for detecting the collapse of the posture from the joint angle and maintaining the posture. The joint torque applied to the joints between the head / chest and the abdomen, including the pelvis, acts as "otolith feedback" to invert the head from the acceleration detected by the otolith.
この人体挙動モデルのモデル化の要点を整理すると、以下の(1)〜(3)となる。 The main points of modeling this human body behavior model are as follows (1) to (3).
(1)シートバックへの背中の着力点から上のシート非接触部位(頭・胸部)とシートにホールドされた部位(骨盤・腹部)に上体を分割する。 (1) The upper body is divided into a non-contact part (head / chest) above the seat from the point of contact of the back with the seat back and a part (pelvis / abdomen) held by the seat.
(2)車両の加速度に対抗するように頭部の姿勢を保つ耳石フィードバック(頭・胸部と骨盤間の背骨の関節トルク)と姿勢の崩れを矯正しようとする体性フィードバック(骨盤と下半身の間の関節トルク)によって姿勢を安定化する。 (2) Ear stone feedback (joint torque of the spine between the head / chest and pelvis) that keeps the posture of the head against the acceleration of the vehicle and physical feedback (of the pelvis and lower body) that tries to correct the posture collapse. The posture is stabilized by the joint torque between them).
(3)背骨の屈曲を1関節で表現した背骨の関節位置は、シートによる体の支え方やドライビング・ポジションの変化に伴い着力点とともに上下に変化する(背骨全体ではなく腰中心に屈曲する場合など)。 (3) The joint position of the spine, which expresses the flexion of the spine with one joint, changes up and down with the force point as the body is supported by the seat and the driving position changes (when flexing to the center of the waist instead of the entire spine). Such).
横加速度を受けたときには、前後方向と比較して骨盤を含む腹部へのシートによる拘束力は小さく、シートバック上を腹部の重心が移動する。この挙動を車両の左右−上下軸の平面に射影させて考えると、図1に示すような等価的な倒立2重振子となっている。 When a lateral acceleration is applied, the binding force of the seat on the abdomen including the pelvis is smaller than in the anterior-posterior direction, and the center of gravity of the abdomen moves on the seat back. When this behavior is projected on the plane of the left-right-up-down axis of the vehicle, it is an equivalent inverted double pendulum as shown in FIG.
次に、以上の要点を踏まえて定式化を行う。
まず、定式化のために各物理量を定義する。図2は記号の定義を説明するための図である。図2に示すように、下半身と骨盤の間の関節(関節1)角をθ、頭・胸部と腹部の間の関節(関節2)角をφ、腹部の質量m1、頭・胸部の質量をm2、関節1と関節2の間の距離をL、関節1から腹部重心までの距離をl1、関節2から頭・胸部の重心までの距離をl、下半身(車体)位置を(x,y)、腹部重心位置を(x1,y1)、頭・胸部重心位置を(x2,y2)、関節1に印加される力を(u1,v1)、関節2に印加される力を(u2,v2)と記述する。
Next, the formulation is carried out based on the above points.
First, each physical quantity is defined for formulation. FIG. 2 is a diagram for explaining the definition of the symbol. As shown in FIG. 2, the joint (joint 1) angle between the lower body and the pelvis is θ, the joint (joint 2) angle between the head / chest and the abdomen is φ, the abdominal mass m 1 , the head / chest mass. the m 2, the distance between the
また、下半身(車体)の横加速度を下記記号で記述する。
また、このときの頭部横加速度を下記記号で記述する。
In addition, the lateral acceleration of the lower body (vehicle body) is described by the following symbols.
In addition, the lateral acceleration of the head at this time is described by the following symbols.
関節1の回転に関する腹部質点の慣性モーメントは下記式で表される。
The moment of inertia of the abdominal mass point with respect to the rotation of
また、関節2の回転に関する頭・胸部質点の慣性モーメントは下記式で表される。
The moment of inertia of the cephalothorax mass point with respect to the rotation of the
さらに、腹部質点と関節1の運動方程式は、以下のように記述される。
Furthermore, the equation of motion of the abdominal mass point and
ただし、gは重力加速度、c1は関節1の粘性係数、c2は、関節2の粘性係数、Tθは関節1の制御トルク、Tφは関節2の制御トルクである。同様に、頭・胸部質点と関節2の運動方程式は、以下のように記述される。
However, g is the gravitational acceleration, c 1 is the viscosity coefficient of the
という関係から、下記式が得られる。 From this relationship, the following equation can be obtained.
(9)式を(3)式に代入すると、下記式が得られる。 Substituting Eq. (9) into Eq. (3) gives the following equation.
(10)式を(4)式に代入すると、下記式が得られる。 Substituting Eq. (10) into Eq. (4) gives the following equation.
(11)式を(6)式に代入すると、下記式が得られる。 Substituting Eq. (11) into Eq. (6) gives the following equation.
(12)式を(7)式に代入すると、下記式が得られる。 Substituting Eq. (12) into Eq. (7) gives the following equation.
さらに、(15)式を(13)式に代入すると、下記式が得られる。 Further, by substituting Eq. (15) into Eq. (13), the following equation is obtained.
(16)式を(14)式に代入すると、下記式が得られる。 Substituting Eq. (16) into Eq. (14) gives the following equation.
ここで、(15), (16), (17), (18)式を(5)式に代入すると、下記式が得られる。 Here, by substituting equations (15), (16), (17), and (18) into equation (5), the following equation is obtained.
(15), (16)式を(8)式に代入すると、下記式が得られる。 Substituting equations (15) and (16) into equation (8) gives the following equation.
(体性フィードバック)
関節1では、姿勢の崩れを抑制する体性フィードバックが働くことを仮定し、関節角θをフィードバックする以下の制御則を設定する。ただし、k1は、体性フィードバックの制御ゲインである。
(Physical feedback)
In the joint 1, it is assumed that the somatic feedback that suppresses the collapse of the posture works, and the following control rule that feeds back the joint angle θ is set. However, k 1 is the control gain of the somatic feedback.
(耳石フィードバック)
また、関節2では、頭部を横加速度に対抗して傾ける耳石フィードバックが働くことを仮定し、以下の制御則を設定する。ただし、k2は、耳石フィードバックの制御ゲインである。
(Otolith feedback)
Further, in the joint 2, it is assumed that the otolith feedback that tilts the head against the lateral acceleration works, and the following control rule is set. However, k 2 is the control gain of the otolith feedback.
以上の運動方程式と制御則から、閉ループ系の運動方程式を導出する。
(21), (22)式を(19)式に代入すると、下記式が得られる。
From the above equation of motion and control law, the equation of motion of the closed loop system is derived.
Substituting equations (21) and (22) into equation (19) gives the following equation.
(21), (22)式を(20)式に代入すると、下記式が得られる。 Substituting equations (21) and (22) into equation (20) gives the following equation.
ここでは、(23), (24)式の運動方程式を状態方程式表現する。 Here, the equations of motion of Eqs. (23) and (24) are expressed as equations of state.
ただし、J,A,Bは以下のように定義される。 However, J, A, and B are defined as follows.
これらの関係式から以下の状態方程式が導出される。 The following equations of state are derived from these relational expressions.
ただし、Ah,Bhは以下のように定義される。 However, A h and B h are defined as follows.
上記(29)式に示す状態方程式は、横方向の加速度に対する乗員の挙動を計算するための式である。乗員の挙動は、横方向の関節1の関節角θと、横方向の関節2の関節角φとを含む。
The equation of state shown in the above equation (29) is an equation for calculating the behavior of the occupant with respect to the lateral acceleration. The behavior of the occupant includes the joint angle θ of the
次に、横方向の加速度に対して乗員の挙動を計算した結果を示す。
ここでは、以下のパラメータを用いてシミュレーションを行った。
m1=30[kg]
m2=10[kg]
L=0.3[m]
l1=0.25[m]
l=0.4[m]
c1=12[Nms/rad]
c2=12[Nms/rad]
k1=60[Ns2/rad]
k2=5[Ns2/rad]
Next, the result of calculating the behavior of the occupant with respect to the lateral acceleration is shown.
Here, the simulation was performed using the following parameters.
m 1 = 30 [kg]
m 2 = 10 [kg]
L = 0.3 [m]
l 1 = 0.25 [m]
l = 0.4 [m]
c 1 = 12 [Nms / rad]
c 2 = 12 [Nms / rad]
k 1 = 60 [Ns 2 / rad]
k 2 = 5 [Ns 2 / rad]
図3(A)及び(B)は、上記(29)〜(31)式のボード線図である。即ち、車両横加速度から頭部姿勢角のボード線図である。人体挙動は、位相遅れが180degを超える非最小位相推移系となる。 3 (A) and 3 (B) are Bode plots of the above equations (29) to (31). That is, it is a Bode diagram of the head posture angle from the vehicle lateral acceleration. The human body behavior is a non-minimum phase transition system in which the phase delay exceeds 180 deg.
図4は、加振機上に乗員を着座させたシートを設置し、横方向に加振させたときのフロア横加速度から頭部横加速度までの実験結果(実線)と、背骨全体で屈曲する場合の計算結果(破線)を比較した図である。実験では、横加速度0.1Gの振幅一定の条件で、0.35Hzから15Hzまで周波数を90s間でスイープさせている。モデルでは、上半身を2慣性系という極めて低自由度な記述を行っているにもかかわらず、実際の人体挙動を表現できていることがわかる。 FIG. 4 shows the experimental results (solid line) from the lateral acceleration of the floor to the lateral acceleration of the head when the seat with the occupant seated on the exciter was installed and vibrated in the lateral direction, and the entire spine was bent. It is the figure which compared the calculation result (broken line) of the case. In the experiment, the frequency is swept from 0.35 Hz to 15 Hz in 90 s under the condition that the lateral acceleration is 0.1 G and the amplitude is constant. In the model, it can be seen that the actual human body behavior can be expressed even though the upper body is described as a two-inertial system with an extremely low degree of freedom.
(人体挙動における逆応答)
図5(A)〜(C)は、車両横加速度ステップ入力時(1m/s2)の姿勢角と頭部変位の時間応答を示すグラフである。人体挙動は、円で囲んだように横加速度印加初期に逆応答を示すことがわかる。例えば、車両が旋回するときは、外側に向かって横加速度が生じる。乗員の頭部は、横加速度により、最初は旋回外側に振られるが、次に内側に倒れ込むことで遠心力と重力とを釣り合わせている。この乗員頭部の動揺が逆応答である。
(Reverse response in human behavior)
5 (A) to 5 (C) are graphs showing the time response of the posture angle and the head displacement at the time of inputting the vehicle lateral acceleration step (1 m / s 2). It can be seen that the human body behavior shows a reverse response at the initial stage of lateral acceleration application as surrounded by a circle. For example, when the vehicle turns, lateral acceleration occurs outward. The occupant's head is first swung outward by turning due to lateral acceleration, but then falls inward to balance the centrifugal force and gravity. This sway of the occupant's head is the reverse response.
(逆応答の低減)
本実施の形態では、乗員頭部の動揺を抑制するために、横加速度の入力に対しフィードフォワード制御を行う。
(Reduction of reverse response)
In the present embodiment, feedforward control is performed with respect to the input of lateral acceleration in order to suppress the shaking of the occupant's head.
頭部変位yを出力するための出力方程式は下記式で表される。 The output equation for outputting the head displacement y is expressed by the following equation.
車両横加速度から頭部変位までの伝達関数は、上記(29)式に示す人体挙動に関する状態方程式と、上記の出力方程式とを伝達関数表現することで得られる。車両横加速度から頭部変位までの伝達関数は、分子が不安定ゼロ点を含む2次の多項式であり、分母が4次の多項式である、以下の(32)式で記述される。 The transfer function from the vehicle lateral acceleration to the head displacement can be obtained by expressing the state equation related to the human body behavior shown in the above equation (29) and the above output equation as a transfer function. The transfer function from vehicle lateral acceleration to head displacement is described by Eq. (32) below, where the numerator is a quadratic polynomial containing an unstable zero point and the denominator is a quaternary polynomial.
ここで、sはラプラス演算子、den(s)はsに関する0次の項を1とする4次の多項式、Kは定常ゲイン、z1は安定ゼロ点、−z2は不安定ゼロ点である。 Here, s is the Laplace operator, den (s) is a fourth-order polynomial whose 0th-order term with respect to s is 1, K is a steady-state gain, z 1 is a stable zero point, and -z 2 is an unstable zero point. is there.
一般的に、制御対象の応答特性は、伝達関数の分子と分母を入れ替え、極ゼロを反転させた逆モデルをフィードフォワード制御に含ませることによって自由な応答特性を設計することができる。しかしながら、制御対象が分子に不安定ゼロ点を含む場合には、逆モデルは発散してしまい、不安定ゼロ点を相殺することができず、完全には自由に設計できない。 In general, the response characteristics of the controlled object can be freely designed by exchanging the numerator and denominator of the transfer function and including an inverse model in which the pole zero is inverted in the feedforward control. However, when the controlled object contains an unstable zero point in the numerator, the inverse model diverges, the unstable zero point cannot be offset, and the design cannot be completely freely performed.
そこで、目標とする伝達関数を「むだ時間+2次遅れ系」で設定する。
即ち、逆応答する時間をゼロで抑え、ゼロで抑える時間を「むだ時間」として、そこから「2次遅れ」の応答で立ち上がるような特性を目標特性とする。目標とする伝達関数は、下記式で表される。
Therefore, the target transfer function is set by "waste time + second-order lag system".
That is, the time for counter-responding is suppressed to zero, the time for suppressing at zero is defined as "waste time", and the characteristic of rising from there with a response of "secondary delay" is set as the target characteristic. The target transfer function is expressed by the following equation.
むだ時間の伝達関数は、Pade近似によって下記式で表される。 The transfer function of wasted time is expressed by the following equation by Pade approximation.
したがって、(33)式は下記式で表される。 Therefore, Eq. (33) is expressed by the following equation.
ここで、L=2z2とすると、(35)式は下記(36)式に変換される。 Here, assuming that L = 2z 2 , the equation (35) is converted into the following equation (36).
即ち、(36)式を目標特性とする場合には、目標特性の中に(32)式と同じ不安定ゼロ点を含むことになる。(32)式で記述される伝達関数Ph(s)を、(36)式の目標特性P0(s)に変換するフィードフォワード制御をC(s)とすると、Ph(s)、P0(s)及びC(s)の間には以下の関係がある。 That is, when Eq. (36) is set as the target characteristic, the same unstable zero point as Eq. (32) is included in the target characteristic. Assuming that the feedforward control for converting the transfer function Ph (s) described by Eq. (32) into the target characteristic P 0 (s) of Eq. (36) is C (s), Ph (s), P There is the following relationship between 0 (s) and C (s).
(37)式を解くことによって、(36)式の目標特性を実現するためのフィードフォワード制御C(s)を、次式のように求めることができる。 By solving Eq. (37), the feedforward control C (s) for realizing the target characteristic of Eq. (36) can be obtained as shown in the following equation.
なお、ここでは、den0(s)は、下記式で定義する。 Here, den 0 (s) is defined by the following equation.
上記(38)式のフィードフォワード制御によれば、車両横加速度から頭部変位までの伝達関数を目標特性に近似できる。 According to the feedforward control of the above equation (38), the transfer function from the vehicle lateral acceleration to the head displacement can be approximated to the target characteristic.
図6(A)及び(B)は、(38)式のフィードフォワードコントローラのボード線図である。図示した通り、フィードフォワード制御は、位相遅れを伴う。図7(A)〜(C)は車両横加速度ステップ入力時(1m/s2)のフィードフォワード制御の効果を示すグラフである。図7(A)〜(C)では、(38)式のフィードフォワード制御を介した人体挙動のシミュレーション結果を実線で示し、図5のステップ応答を破線で示す。 6 (A) and 6 (B) are Bode diagrams of the feedforward controller of the equation (38). As illustrated, feedforward control involves a phase lag. 7 (A) to 7 (C) are graphs showing the effect of feedforward control at the time of vehicle lateral acceleration step input (1 m / s 2). In FIGS. 7A to 7C, the simulation result of the human body behavior via the feedforward control of the equation (38) is shown by a solid line, and the step response of FIG. 5 is shown by a broken line.
シミュレーション結果は、近似を行っているために、完全には「むだ時間+2次遅れ」の応答にはなっていないものの、横加速度のステップ入力に(38)式のフィードフォワード制御を介すことにより、頭部動揺が35%低減していることがわかる。 Although the simulation result is not a complete response of "waste time + second-order delay" due to the approximation, the step input of the lateral acceleration is performed via the feedforward control of Eq. (38). It can be seen that the head sway is reduced by 35%.
(目標軌跡への追従性)
図8はフィードフォワード制御に伴う軌跡のずれを示すグラフである。図8では、フィードフォワード制御ありの場合の車両軌跡のシミュレーション結果を実線で示している。また、フィードフォワード制御なしの場合の車両軌跡のシミュレーション結果を破線で示している。
(Followability to the target trajectory)
FIG. 8 is a graph showing the deviation of the locus due to the feedforward control. In FIG. 8, the simulation result of the vehicle locus with feedforward control is shown by a solid line. In addition, the simulation result of the vehicle locus without feedforward control is shown by a broken line.
ここでは、車速を5[m/s]とし、車両運動の動特性を無視するとともに、車体スリップ角は常に0、すなわち、ヨー角速度は、横加速度÷車速で表されるという仮定の下でのシミュレーションである。 Here, the vehicle speed is set to 5 [m / s], the dynamic characteristics of the vehicle motion are ignored, and the vehicle body slip angle is always 0, that is, the yaw angular velocity is expressed by lateral acceleration ÷ vehicle speed. It is a simulation.
フィードフォワード制御は、図6に示す位相遅れを伴う結果、旋回が遅れ、軌跡が大きくずれてしまうことがわかる。これは、自動運転の制御則の中に単純にこのフィードフォワード制御を織り込んだ場合、頭部動揺が抑制される一方で目標軌跡への追従ができなくなってしまうことを意味している。 It can be seen that the feedforward control is accompanied by the phase delay shown in FIG. 6, and as a result, the turning is delayed and the locus is largely deviated. This means that if this feedforward control is simply incorporated into the control law of automatic driving, head sway is suppressed, but it becomes impossible to follow the target trajectory.
図9(A)〜(C)は位相遅れのむだ時間近似を示すグラフである。図9(A)〜(C)は、フィードフォワードコントローラの位相遅れを「むだ時間Lf」で近似した結果を示す。ここでは、Lf=0.8[s]である。むだ時間のボード線図を実線で示し、破線で示すフィードフォワードコントローラのボード線図と比較する。むだ時間は、位相線図の低周波成分(0.1Hz以下)を一致させるように設定されている。 9 (A) to 9 (C) are graphs showing a phase lag waste time approximation. 9 (A) to 9 (C) show the results of approximating the phase delay of the feedforward controller with the "waste time L f". Here, L f = 0.8 [s]. The Bode plot of the dead time is shown by the solid line and compared with the Bode plot of the feedforward controller shown by the broken line. The dead time is set so as to match the low frequency components (0.1 Hz or less) of the phase diagram.
図9(C)では、フィードフォワード制御時の横加速度の時間波形をむだ時間分遅らせたステップ応答を実線で示し、破線で示す元の時間応答と比較している。実線で示す横加速度の時間応答を見ると、横加速度が定常値の半分=0.5m/s2になるタイミングまで、横加速度の立ち上がりを遅らせていることがわかる。 In FIG. 9C, the step response in which the time waveform of the lateral acceleration during feedforward control is delayed by the dead time is shown by a solid line and compared with the original time response shown by the broken line. Looking at the time response of the lateral acceleration shown by the solid line, it can be seen that the rise of the lateral acceleration is delayed until the timing when the lateral acceleration becomes half of the steady value = 0.5 m / s 2.
図10はむだ時間分ずらした目標軌跡を示すグラフである。図10では、フィードフォワード制御ありの場合の車両軌跡のシミュレーション結果を実線で示している。また、フィードフォワード制御なしで横加速度をステップ的に立ち上げるタイミングをむだ時間分遅らせた場合の車両軌跡(目標軌跡)を破線で示している。 FIG. 10 is a graph showing a target locus shifted by a dead time. In FIG. 10, the simulation result of the vehicle locus with feedforward control is shown by a solid line. In addition, the vehicle locus (target locus) when the timing of stepwise start of the lateral acceleration is delayed by a wasteful time without feedforward control is shown by a broken line.
図10から、フィードフォワード制御ありの場合でも、目標軌跡をむだ時間分遅らせることで、目標軌跡に追従できることが分かる。即ち、フィードフォワードコントローラの位相の低周波成分を一致させるむだ時間分だけ、目標軌跡の情報を事前に活用して、相対的に時間を進ませることができれば、目標軌跡への追従が可能であることがわかる。 From FIG. 10, it can be seen that even with feedforward control, the target locus can be followed by delaying the target locus by a waste time. That is, if it is possible to advance the time relatively by utilizing the information of the target locus in advance by the amount of wasted time for matching the low frequency components of the phase of the feedforward controller, it is possible to follow the target locus. You can see that.
<走行軌跡制御>
本実施の形態の走行軌跡制御は、発明者らが先に考案した走行軌跡制御を行う技術に含まれる「むだ時間τ」を、(38)式のフィードフォワード制御ありで走行軌跡制御を行う場合の、相対的な時間進み(先の目標情報に基づく制御)に活用するものである。
<Traveling trajectory control>
The travel locus control of the present embodiment is a case where the travel locus control is performed with the feedforward control of the equation (38) for the "waste time τ" included in the technology for performing the travel locus control devised earlier by the inventors. It is used for relative time advance (control based on the previous target information).
(先願に係る走行軌跡制御技術)
まず、先願に係る走行軌跡制御について説明する。
発明者らは、走行軌跡制御を行う技術について「車両操舵制御装置」として特許出願済みである(特開2010−170187号公報、特開2010−167817号公報等を参照)。
(Traveling trajectory control technology according to the prior application)
First, the traveling locus control according to the prior application will be described.
The inventors have applied for a patent as a "vehicle steering control device" for a technique for controlling a traveling locus (see JP-A-2010-170187, JP-A-2010-167817, etc.).
図11は前方注視角に基づく車両の操舵制御を説明するための図である。
先願に係る車両操舵制御装置は、車両の進行方向における一定時間後(前方注視時間Tahead後)の到達予測位置と目標到達点との偏角(前方注視角θgaze)を検出する「偏角検出手段」と、前記偏角に比例するヨー角速度を一定時間後(むだ時間τ後)の目標値として演算する「目標値演算手段」と、前記ヨー角速度の目標値を実現する「操舵制御手段」とを有している。
FIG. 11 is a diagram for explaining steering control of the vehicle based on the forward viewing angle.
Vehicle steering control apparatus according to the prior application detects declination of the expected arrival position and the target arrival point after a certain time in the travel direction of the vehicle (after forward fixed point time T ahead) a (forward gaze angle theta gaze) "polarized The "angle detecting means", the "target value calculating means" that calculates the yaw angular velocity proportional to the declination as the target value after a certain time (after the dead time τ), and the "steering control" that realizes the target value of the yaw angular velocity. It has "means".
そして、ヨー角速度の目標値演算におけるむだ時間τと前方注視時間Taheadの間には、下記の関係が存在している。即ち、前方注視時間Taheadに応じた適切なむだ時間τ(=Tahead/3)を操舵制御に挿入することで、むだ時間τ後の目標値を先取りして制御することができ、目標軌跡に追従することができる。 Then, the following relationship exists between the dead time τ and the forward gaze time T ahead in the calculation of the target value of the yaw angular velocity. That is, by inserting appropriate dead time corresponding to the forward fixed point time T ahead tau a (= T ahead / 3) to the steering control, can be controlled by anticipating the target value after the dead time tau, the target locus Can be followed.
図12は先願に係る車両操舵制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。図12に示すように、先願に係る車両操舵制御装置10は、撮像装置12、車速センサ14、舵角センサ16、操舵装置20、及びコンピュータ22を備えている。コンピュータ22は、車速センサ14及び舵角センサ16の各々の出力と撮像装置12によって撮像された前方画像とに基づいて、操舵装置20を制御する。
FIG. 12 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the vehicle steering control device according to the prior application. As shown in FIG. 12, the vehicle
撮像装置12は、自車両の前方を撮像し、画像の画像信号を生成する単眼のカメラで構成される撮像部(図示省略)と、撮像部で生成された画像信号をA/D 変換するA/D 変換部(図示省略)と、A/D変換された画像信号を一時的に格納するための画像メモリ(図示省略)とを備えている。車速センサ14は、自車両の車速を検出する。舵角センサ16は、自車両の前輪の実舵角を検出する。
The
操舵装置20は、ステアリングと操舵前輪が機構的に分離したステアバイワイヤ方式であり、電動パワーステアリング装置を備え、コンピュータ22による制御によって、電動パワーステアリング装置のアシストトルクが設定される。
The
コンピュータ22は、CPU、RAM、及びROMを備えている。CPUは、ROMに記憶されたプログラムを読み出し、RAMをワークエリアとして使用してプログラムを実行する。コンピュータ22は、機能的には、画像入力手段24、目標到達点偏角検出手段26、目標ヨー角速度演算手段28、及び操舵制御手段30で構成されている。
The
画像入力手段24は、撮像装置12から出力された前方画像を取得する。目標到達点偏角検出手段26は、車速センサ14からの車速及び舵角センサ16からの前輪実舵角に基づいて、前方画像から、自車両の進行方向の前方注視時間後の到達予測位置を検出すると共に、前方画像から、自車両の走行する目標コース上の前方注視時間後の目標到達点を検出して、自車両の進行方向と前方注視時間後の目標到達点の方向との偏角を検出する。
The image input means 24 acquires a front image output from the
目標ヨー角速度演算手段28は、自車両の進行方向と前方注視時間後の目標到達点の方向との偏角に基づいて、後述するむだ時間後のヨー角速度の目標値を演算する。操舵制御手段30は、舵角センサ16からの前輪実舵角に基づいて、演算されたヨー角速度の目標値をむだ時間後に実現するように操舵装置20を制御する。
The target yaw angular
以下、各部の機能を詳細に説明する。 The functions of each part will be described in detail below.
目標到達点偏角検出手段26は、車両の速度ベクトルの方向と前方注視時間Tahead 後の車両の目標到達点との偏角としての前方注視角θgazeを検出する。前方注視角の検出のためには、前輪実舵角δfと車速vに基づいて、車体スリップ角βを求める。前輪実舵角δfと車体スリップ角βの間には、以下の関係が成立する。
The target arrival point
ここで、lはホイールベース、lfは前軸から重心までの距離,lrは後軸から重心までの距離、mは車両質量、Izはヨー慣性モーメント、cfは前輪コーナリングパワー、crは後輪コーナリングパワーである。したがって、車体スリップ角は車速と前輪実舵角信号から上記(41)-(45)式に基づいて演算できる。 Here, l is the wheelbase, l f is the distance from the front shaft to the center of gravity, l r is the distance from the rear shaft to the center of gravity, m is the vehicle mass, I z is the yaw moment of inertia, c f is the front wheel cornering power, and c. r is the rear wheel cornering power. Therefore, the vehicle body slip angle can be calculated from the vehicle speed and the front wheel actual steering angle signal based on the above equations (41)-(45).
また、目標到達点偏角検出手段26は、前方画像上における予め求められた車両前後方向と演算された車体スリップ角とに基づいて、前方画像上における自車両の進行方向を演算し、自車両の進行方向上の、予め設定された前方注視時間と車速との積で得られる前方注視距離前方にある点を、前方注視時間後の到達予測位置として検出する。
Further, the target arrival point
また、目標到達点偏角検出手段26は、前方画像から画像認識処理により目標コースを認識し、目標コース上であって、かつ、予め設定された前方注視時間と車速との積で得られる前方注視距離前方にある点を、前方注視時間後の目標到達点として検出する。
Further, the target arrival point
また、目標到達点偏角検出手段26は、検出された前方注視時間後の到達予測位置及び目標到達点の位置に基づいて、自車両の進行方向と前方注視時間後の目標到達点の方向との偏角を検出する。
Further, the target arrival point
なお、目標到達点について、ナビゲーションシステムなどから自車両の目標コースを取得して、目標到達点の位置を検出するようにしてもよい。また、車速センサ及び舵角センサの出力を用いて車体スリップ角を演算する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、従来既知の他の手法を用いて、車体スリップ角を求めてもよい。 Regarding the target arrival point, the target course of the own vehicle may be acquired from a navigation system or the like, and the position of the target arrival point may be detected. Further, the case where the vehicle body slip angle is calculated using the outputs of the vehicle speed sensor and the steering angle sensor has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the vehicle body slip angle is calculated by using another conventionally known method. You may ask.
次に、目標ヨー角速度演算手段28において,到達予測位置と目標到達点との偏角である前方注視角θgazeからヨー角速度の目標値rrefを次式に基づいて演算する。 Next, in the target yaw angular velocity calculation means 28, the target value r ref of the yaw angular velocity is calculated from the forward gaze angle θ gaze, which is the declination between the expected arrival position and the target arrival point, based on the following equation.
次に、操舵制御手段30において、上記(46)式の目標ヨー角速度rrefを得るために必要な操舵角が演算され、操舵制御される。なお、前輪実舵角δfとヨー角速度rの間には、以下の関係式が成立する。 Next, in the steering control means 30, the steering angle required to obtain the target yaw angular velocity rref according to the above equation (46) is calculated and steering is controlled. The following relational expression holds between the front wheel actual steering angle δ f and the yaw angular velocity r.
ここでは(47)-(49)式を以下のように近似する。 Here, equations (47)-(49) are approximated as follows.
ただし、Gは(6)式の定常ゲインであり、Lvは(47)式の動特性による遅れをむだ時間で近似したときのむだ時間である。したがって、ヨー角速度指令値rrefを実現するための前輪実舵角δfは、以下の通り導出することができる。 However, G is constant gain (6), L v is the dead time when approximated by a dead time delay due to the dynamic characteristics of the expression (47). Therefore, the front wheel actual steering angle δ f for realizing the yaw angular velocity command value r ref can be derived as follows.
操舵制御手段30は、演算されたむだ時間τ後のヨー角速度の目標値に基づいて、上記(52)式に従って、むだ時間τ後の前輪実舵角を演算し、メモリ( 図示省略) に記憶しておく。なお、このむだ時間τとしては、車両運動の遅れを考慮して、上記(50)式のむだ時間Lvだけ減算した値が用いられる。 The steering control means 30 calculates the actual steering angle of the front wheels after the dead time τ according to the above equation (52) based on the calculated target value of the yaw angular velocity after the dead time τ, and stores it in a memory (not shown). I will do it. In this as dead time τ, taking into account the delay of the vehicle movement, the (50) is a value obtained by only subtracting the dead time L v of equation used.
むだ時間τが経過すると、操舵制御手段30は、メモリから対応する前輪実舵角を読み込むと共に、舵角センサ16から前輪実舵角を検出し、読み込んだ前輪実舵角と、検出された前輪実舵角とに基づいて、読み込んだ前輪実舵角を得るために必要な操舵アシストトルクを演算し、操舵装置20の電動パワーステアリング装置におけるアシストトルクに、演算した操舵アシストトルクを加算するように設定する。こうして操舵装置20によって、ヨー角速度の目標値が実現される。
When the dead time τ elapses, the steering control means 30 reads the corresponding front wheel actual steering angle from the memory, detects the front wheel actual steering angle from the
(本実施の形態に係る走行軌跡制御)
次に、本実施の形態に係る走行軌跡制御について説明する。
本実施の形態に係る走行軌跡制御は、上記の先願に係る走行軌跡制御に含まれる「むだ時間τ(=Tahead/3)」を、(38)式のフィードフォワード制御に必要な相対的な時間進みに活用できることに着眼し、人体挙動モデルに基づく頭部動揺の抑制を目的としたフィードフォワード制御と目標軌跡に正確に追従する前方注視角に基づく制御を統合する技術である。
(Traveling locus control according to this embodiment)
Next, the traveling locus control according to the present embodiment will be described.
Travel trajectory control according to this embodiment, the "dead time τ (= T ahead / 3)" included in the traveling locus control according to the above prior application, the relative required feedforward control equation (38) It is a technology that integrates feedforward control for the purpose of suppressing head sway based on the human body behavior model and control based on the forward gaze angle that accurately follows the target trajectory, focusing on the fact that it can be used for a rapid time advance.
図13は本実施の形態に係る車両操舵制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。車両操舵制御装置10Aは、コンピュータ22Aが、前方注視時間演算手段23及びフィードフォワード制御手段29を備える点で、図12に示す車両操舵制御装置10のコンピュータ22とは構成が相違している。
FIG. 13 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the vehicle steering control device according to the present embodiment. The vehicle
前方注視時間演算手段23は、画像入力手段24の前に挿入される。フィードフォワード制御手段29は、目標ヨー角速度演算手段28と操舵制御手段30との間に挿入される。図12に示す車両操舵制御装置10と同じ構成部分には、同じ符号を付して説明を簡略化する。
The forward gaze time calculation means 23 is inserted in front of the image input means 24. The feedforward control means 29 is inserted between the target yaw angular velocity calculation means 28 and the steering control means 30. The same components as those of the vehicle
前方注視時間演算手段23は、フィードフォワードコントローラの位相遅れに相当するむだ時間Lfと、前輪実舵角からヨー角速度までの動特性に相当するむだ時間Lvとの和から、前方注視時間Taheadを次式に基づいて演算する。なお、むだ時間Lvを考慮せず、むだ時間Lfの3倍の値を前方注視時間Taheadとしてもよい。 The forward gaze time calculation means 23 is the front gaze time T from the sum of the waste time L f corresponding to the phase delay of the feed forward controller and the waste time L v corresponding to the dynamic characteristics from the front wheel actual steering angle to the yaw angular velocity. Calculate the phase based on the following equation. Incidentally, without taking into consideration the dead time L v, three times the value of the dead time L f may forward fixed point time T ahead.
画像入力手段24は、撮像装置12から出力された前方画像を取得する。
The image input means 24 acquires a front image output from the
次に、目標到達点偏角検出手段26は、車両の速度ベクトルの方向と前方注視時間Tahead後の車両の目標到達点との偏角としての前方注視角θgazeを検出する。
Next, target arrival points deviation
次に、目標ヨー角速度演算手段28は、到達予測位置と目標到達点との偏角である前方注視角θgazeから、むだ時間τ(=Lf+Lv)後のヨー角速度の目標値rrefを次式に基づいて演算する。 Next, the target yaw angular velocity calculation means 28 sets the target value r of the yaw angular velocity after the dead time τ (= L f + L v ) from the forward gaze angle θ gaze , which is the deviation angle between the predicted arrival position and the target arrival point. Calculate ref based on the following equation.
次に、フィードフォワード制御手段29は、ヨー角速度の目標値rrefを、次式に基づいて修正されたヨー角速度目標値rrefFFに変換する。 Next, the feedforward control means 29 converts the yaw angular velocity target value r ref into a yaw angular velocity target value r ref FF modified based on the following equation.
上記(38)式は、人体挙動モデルを用いて乗員の頭部動揺を抑制するための横加速度の目標値を求めるフィードフォワード制御の伝達関数を表す式である。後述する通り、ヨー角速度は、車速が一定の下では横加速度に比例すると近似できる。したがって、上記(38)式で表される伝達関数を用いて、フィードフォワード制御を行わない場合のヨー角速度の目標値rrefを、フィードフォワード制御を行う場合のヨー角速度目標値rrefFFに修正することができる。 The above equation (38) is an equation expressing the transfer function of feedforward control for obtaining the target value of the lateral acceleration for suppressing the head sway of the occupant using the human body behavior model. As will be described later, the yaw angular velocity can be approximated to be proportional to the lateral acceleration when the vehicle speed is constant. Therefore, using the transfer function expressed by the above equation (38), the yaw angular velocity target value r ref when feedforward control is not performed is corrected to the yaw angular velocity target value r refFF when feedforward control is performed. be able to.
次に、操舵制御手段30では、上記(55)式の修正後の目標ヨー角速度rrefFFを得るために必要な操舵角が次式に基づいて演算され、操舵制御される。 Next, in the steering control means 30, the steering angle required to obtain the modified target yaw angular velocity r refFF of the above equation (55) is calculated based on the following equation and steering control is performed.
図14は車両の走行軌跡制御の結果を示すグラフである。図14は目標軌跡と本発明によって制御された車両の走行軌跡を重ねた結果である。ここでは、図8のシミュレーションと同様、車速を5[m/s]とし、車両運動の動特性を無視するとともに、車体スリップ角は常に0、すなわち、ヨー角速度は、横加速度÷車速で表されるという仮定の下でシミュレーションを実施している。本実施の形態に係る走行軌跡制御後の車両は、破線で示される目標軌跡に正確に追従できていることがわかる。 FIG. 14 is a graph showing the result of traveling locus control of the vehicle. FIG. 14 shows the result of superimposing the target locus and the traveling locus of the vehicle controlled by the present invention. Here, as in the simulation of FIG. 8, the vehicle speed is set to 5 [m / s], the dynamic characteristics of the vehicle motion are ignored, the vehicle body slip angle is always 0, that is, the yaw angular velocity is expressed by lateral acceleration ÷ vehicle speed. The simulation is carried out under the assumption that It can be seen that the vehicle after the travel locus control according to the present embodiment can accurately follow the target locus indicated by the broken line.
図15は車両横加速度と頭部変位の時間応答を示すグラフである。本実施の形態に係る走行軌跡制御後の車両が、図14の目標軌跡に追従したときの横加速度と頭部動揺のシミュレーション結果を実線で示す。破線は、フィードフォワード制御を行わずに、目標軌跡に完全に追従させ、時刻3[s]でステップ的に横加速度を立ち上げた場合の横加速度とそのときの頭部動揺を示している。 FIG. 15 is a graph showing the time response of vehicle lateral acceleration and head displacement. The simulation results of lateral acceleration and head sway when the vehicle after controlling the traveling locus according to the present embodiment follows the target locus of FIG. 14 are shown by solid lines. The broken line shows the lateral acceleration and the head sway at that time when the lateral acceleration is stepwise increased at time 3 [s] by completely following the target trajectory without performing feedforward control.
本実施の形態に係る制御車両は、目標軌跡が円旋回となる(時刻3[s])より前方注視時間Tahead=2.4[s]前の時刻0.6[s]で操舵を開始し、緩やかに横加速度が増加している。即ち、前方注視角から演算されたヨー角速度の目標値がステップ的に変化する場合でも、フォードフォワード制御により修正されたヨー角速度の目標値は緩やかに変化することになり、逆応答は発生しなくなる。 Control vehicle according to the present embodiment, starts the steering at the target locus becomes circular turn (time 3 [s]) from the forward fixed point time T ahead = 2.4 [s] before time 0.6 [s] However, the lateral acceleration is gradually increasing. That is, even if the target value of the yaw angular velocity calculated from the forward gaze angle changes stepwise, the target value of the yaw angular velocity corrected by the Ford forward control changes gradually, and the reverse response does not occur. ..
その結果、頭部動揺の逆応答(3〜4[s]付近の破線の応答)が抑制され、横加速度をステップ的に変化させた場合と振幅で比較して、40%程度低減していることがわかる。このような頭部動揺の抑制は、乗員の快適性を保つとともに、自動運転車両の車室内で作業を行う上でも負荷低減の効果が発揮される。 As a result, the reverse response of the head sway (the response of the broken line near 3 to 4 [s]) is suppressed, and the amplitude is reduced by about 40% as compared with the case where the lateral acceleration is changed stepwise. You can see that. Such suppression of head sway maintains the comfort of the occupants and also has the effect of reducing the load when working in the passenger compartment of the autonomous driving vehicle.
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications are possible without departing from the gist of the present invention.
例えば、制御則の導出に当たっては、3分割された人体挙動モデルを想定しているが、車両設計に活用する際には、ここで導出された2つの関節トルクをそれぞれ複数の関節トルクへの変換や、等価的な筋力への変換によって、多関節の筋骨格人体挙動モデルに適用することもできる。この場合、フィードバックに用いる下半身と骨盤の間の関節角は、複数の関節角の和で代用することになる。また、導出された関節トルクを複数の筋力に変換する際には、例えば最適制御に基づいて、各筋肉に対応した筋活性度の2乗和を最小化する配分や、筋活性度の最大値を最小化する配分が考えられる。 For example, in deriving the control law, a human body behavior model divided into three is assumed, but when utilizing it in vehicle design, the two joint torques derived here are converted into a plurality of joint torques. It can also be applied to an articulated musculoskeletal human body behavior model by conversion to equivalent muscle strength. In this case, the joint angle between the lower body and the pelvis used for feedback is replaced by the sum of a plurality of joint angles. In addition, when converting the derived joint torque into multiple muscle strengths, for example, based on optimal control, the distribution that minimizes the sum of squares of muscle activity corresponding to each muscle and the maximum value of muscle activity The allocation that minimizes is conceivable.
また、人体と車両の接触によって生じる反力や、ステアリングを把持する腕からの影響を無視した場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。人体と車両の接触によって生じる反力や、ステアリングを把持する腕からの影響を考慮して計算するようにしてもよい。この場合には、人体と車両の接触によって生じる反力や、ステアリングを把持する腕からの影響に応じた関節トルクを追加して計算すればよい。 Further, the case where the reaction force generated by the contact between the human body and the vehicle and the influence from the arm gripping the steering wheel are ignored has been described as an example, but the present invention is not limited to this. The calculation may be made in consideration of the reaction force generated by the contact between the human body and the vehicle and the influence from the arm gripping the steering wheel. In this case, the reaction force generated by the contact between the human body and the vehicle and the joint torque according to the influence from the arm gripping the steering wheel may be added and calculated.
また、横加速度の入力に対しフィードフォワード制御を行う例について説明したが、これに限定されるものではない。前後加速度及び横加速度の少なくとも1つの入力に対しフィードフォワード制御を行うようにしてもよい。 Further, although an example of performing feedforward control with respect to the input of lateral acceleration has been described, the present invention is not limited to this. Feedforward control may be performed for at least one input of front-back acceleration and lateral acceleration.
即ち、フィードフォワード制御を行う場合の前後加速度及び横加速度の少なくとも1つの目標値を求め、得られた目標値を実現するように(操舵装置を制御する等)車両運動を制御する。 That is, at least one target value of the front-rear acceleration and the lateral acceleration when the feedforward control is performed is obtained, and the vehicle motion is controlled so as to realize the obtained target value (controlling the steering device, etc.).
なお、前後加速度及び横加速度の入力に対しフィードフォワード制御を行う場合は、上記(30)式に示す状態方程式と同様に、前後方向の関節2の関節角、横方向の関節1の関節角、及び横方向の関節2の関節角を含む乗員の挙動を計算する状態方程式を求める。 When performing feed-forward control for the input of the anteroposterior acceleration and the lateral acceleration, the joint angle of the joint 2 in the anteroposterior direction and the joint angle of the joint 1 in the lateral direction are the same as in the state equation shown in the above equation (30). And the state equation for calculating the behavior of the occupant including the joint angle of the joint 2 in the lateral direction is obtained.
この状態方程式と、前後方向の関節2の関節角、横方向の関節1の関節角、及び横方向の関節2の関節角から頭部変位yを出力するための出力方程式とを伝達関数表現することで、上記(32)式に示す伝達関数と同様に、車両の前後加速度及び横加速度から頭部変位までの伝達関数を求める。 This state equation and the output equation for outputting the head displacement y from the joint angle of the joint 2 in the anterior-posterior direction, the joint angle of the joint 1 in the lateral direction, and the joint angle of the joint 2 in the lateral direction are expressed as a transfer function. Therefore, the transfer function from the front-rear acceleration and the lateral acceleration of the vehicle to the head displacement is obtained in the same manner as the transfer function shown in the above equation (32).
上記(36)式に示す状態方程式と同様に、目標とする伝達関数(目標特性)を求める。そして、上記(38)式に示す伝達関数と同様に、車両の前後加速度及び横加速度から頭部変位までの伝達関数を目標特性に変換するためのフィードフォワード制御の伝達関数を求める。 Similar to the equation of state shown in Eq. (36) above, the target transfer function (target characteristic) is obtained. Then, similarly to the transfer function shown in the above equation (38), the transfer function of feedforward control for converting the transfer function from the vehicle's longitudinal acceleration and lateral acceleration to the head displacement into the target characteristic is obtained.
また、本発明のプログラムは、記憶媒体に格納して提供するようにしてもよい。 Further, the program of the present invention may be stored in a storage medium and provided.
10 車両操舵制御装置
10A 車両操舵制御装置
12 撮像装置
14 車速センサ
16 舵角センサ
20 操舵装置
22 コンピュータ
22A コンピュータ
23 前方注視時間演算手段
24 画像入力手段
26 目標到達点偏角検出手段
28 目標ヨー角速度演算手段
29 フィードフォワード制御手段
30 操舵制御手段
10 Vehicle
Claims (5)
検出された前記偏角に比例するヨー角速度を、前記前方注視時間の3分の1のむだ時間後のヨー角速度の第1目標値として演算する目標値演算手段と、
前記ヨー角速度の第1目標値を修正して、乗員の頭部動揺を抑制するためのフィードフォワード制御を行う場合の前記ヨー角速度の第2目標値を求める目標値修正手段と、
前記ヨー角速度の第2目標値を前記むだ時間後に実現するように、車両運動を制御する車両運動制御手段と、
を含み、
前記むだ時間を、フィードフォワード制御の位相遅れに相当する第1むだ時間、または、前記第1むだ時間と実舵角からヨー角速度までの伝達関数の位相遅れに相当する第2むだ時間との和とする、
車両運動制御装置。 Declination detecting means for detecting the declination between the traveling direction of the vehicle and the direction of the target reaching point after a predetermined forward gaze time on the target course on which the vehicle travels.
A target value calculation means for calculating the detected yaw angular velocity proportional to the declination as the first target value of the yaw angular velocity after a dead time of one-third of the forward gaze time.
A target value correcting means for obtaining a second target value of the yaw angular velocity when feedforward control is performed to correct the first target value of the yaw angular velocity and suppress the head sway of the occupant.
A vehicle motion control means for controlling the vehicle motion so that the second target value of the yaw angular velocity is realized after the dead time.
Including
The waste time is the sum of the first waste time corresponding to the phase delay of the feed forward control or the second waste time corresponding to the phase delay of the transfer function from the actual steering angle to the yaw angle velocity. To
Vehicle motion control device.
人体挙動モデルを用いて定義された車両に作用する横加速度から乗員の頭部変位を得る第1伝達関数の分子に存在する不安定ゼロ点の符号を反転させて、分子と分母を入れ替えた逆モデルを含む第2伝達関数とする、
請求項1に記載の車両運動制御装置。 The transfer function of the feedforward control
The sign of the unstable zero point existing in the numerator of the first transfer function, which obtains the displacement of the occupant's head from the lateral acceleration acting on the vehicle defined using the human body behavior model, is inverted, and the numerator and denominator are exchanged. Let it be the second transfer function including the model,
The vehicle motion control device according to claim 1.
前記第1伝達関数及び前記第3伝達関数から第2伝達関数を求める、
請求項2に記載の車両運動制御装置。 When the head displacement of the occupant obtained by the first transfer function includes an inverse response, a third transfer function having a characteristic of canceling the inverse response is set as a target characteristic.
Obtain the second transfer function from the first transfer function and the third transfer function.
The vehicle motion control device according to claim 2.
車両のシートに着座した乗員の挙動を表す人体挙動モデルであって、前記乗員の人体が、頭部及び胸部を含む上部、骨盤を含む中部、及び骨盤より下の下半身を含む下部に分割され、前記中部及び前記下部の間の関節と、前記上部及び前記中部の間の関節とを有する人体挙動モデルであって、
姿勢の崩れを防ぐための前記中部及び前記下部の間の関節トルクを、前記中部及び前記下部の間の関節角から演算し、前記車両に印加される加速度に対抗して頭部を倒立させるための前記上部及び前記中部の間の関節トルクを、頭部の加速度に応じて演算することにより、前記中部及び前記下部の間の関節角と、前記上部及び前記中部の間の関節角とから前記乗員の頭部変位を計算する、
請求項2または請求項3に記載の車両運動制御装置。 The human body behavior model is
A human body behavior model that represents the behavior of an occupant seated on a vehicle seat, wherein the occupant's body is divided into an upper part including the head and chest, a middle part including the pelvis, and a lower part including the lower body below the pelvis. A human body behavior model having a joint between the middle part and the lower part and a joint between the upper part and the middle part.
To calculate the joint torque between the middle part and the lower part to prevent the posture from collapsing from the joint angle between the middle part and the lower part, and to invert the head against the acceleration applied to the vehicle. By calculating the joint torque between the upper part and the middle part according to the acceleration of the head, the joint angle between the middle part and the lower part and the joint angle between the upper part and the middle part are calculated. Calculate the occupant's head displacement,
The vehicle motion control device according to claim 2 or 3.
請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の車両運動制御装置の各手段として機能させるためのプログラム。 Computer,
A program for functioning as each means of the vehicle motion control device according to any one of claims 1 to 4.
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