JP2021107223A

JP2021107223A - Vehicle motion control device, control device, manager, method, program, and vehicle

Info

Publication number: JP2021107223A
Application number: JP2021070178A
Authority: JP
Inventors: 陽次酒井; Yoji Sakai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2038-08-30
Also published as: JP7314485B2; JP7243757B2; JP2020032893A; JP2023121864A

Abstract

To provide a vehicle motion control device which can accurately calculate an actuator command value related to a lateral motion of a vehicle irrespective of a running state of the vehicle.SOLUTION: A control device equipped in a vehicle includes: a reception part which receives a plurality of lateral accelerations or a plurality of curvatures from an operation support system; an arbitration part which arbitrates the plurality of curvatures; a calculation part which calculates a steering angle on the basis of an arbitration result by the arbitration part; and a distribution part which distributes the steering angle to at least one of plural actuator systems.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、車両の運動を制御する装置に関する。 The present invention relates to a device that controls the movement of a vehicle.

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。 There are known vehicles capable of coordinating a plurality of vehicle motion requirements generated by the vehicle and managing the operation of the actuator according to the adjustment result. For example, Patent Document 1 discloses a device that optimally controls the motion of a vehicle by adjusting a plurality of requirements according to the availability of an actuator.

特開２０１２−０９６６１９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-096619

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。 In the control device described in Patent Document 1, the actuator command value for controlling the lateral movement of the vehicle is calculated based on the required value of the yaw rate. Therefore, in a state of traveling at an extremely low speed such as during automatic parking, the required value of the yaw rate becomes small even if the steering angle of the steering wheel is large, so that the required value cannot be appropriately converted into the actuator command value. That is, in the control of the lateral motion using the yaw rate, the actuator command value may not be calculated accurately depending on the running state of the vehicle.

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等を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle motion control device or the like capable of accurately calculating an actuator command value related to lateral motion of a vehicle regardless of the traveling state of the vehicle.

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、車両に搭載された制御装置であって、運転支援システムから複数の横方向加速度又は複数の曲率を受け付ける受付部と、複数の曲率を調停する調停部と、調停部による調停結果に基づいて操舵角を算出する算出部と、操舵角を複数のアクチュエーターシステムの少なくとも１つに配分する分配部と、を備える、制御装置である。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention is a control device mounted on a vehicle, in which a reception unit that receives a plurality of lateral accelerations or a plurality of curvatures from a driving support system and a plurality of curvatures are arbitrated. It is a control device including an arbitration unit, a calculation unit that calculates a steering angle based on the arbitration result by the arbitration unit, and a distribution unit that distributes the steering angle to at least one of a plurality of actuator systems.

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（要求）を精度よく算出することができる。 According to the vehicle motion control device of the present disclosure, it is possible to accurately calculate the actuator command value (request) regarding the lateral motion of the vehicle regardless of the traveling state of the vehicle.

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The figure which shows the functional block of the vehicle motion control device which concerns on one Embodiment of this invention.

［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。 [overview]
The vehicle motion control device according to the present invention receives requests for lateral motion of the vehicle from each system by lateral acceleration and curvature. As a result, the rotation direction can be processed by the curvature, which is a kinematic unit, so that the actuator command value related to the lateral movement of the vehicle can be calculated accurately regardless of the running state of the vehicle.

［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。 [Constitution]
FIG. 1 is a functional block diagram of the configuration of the vehicle motion control device 20 and its surroundings according to an embodiment of the present invention. The vehicle motion control device 20 illustrated in FIG. 1 includes a request reception unit 21, a feedback control unit 22, and a conversion transmission unit 23.

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。 The vehicle motion control device 20 determines the control content related to the vehicle motion such as "running", "turning", and "stopping" of the vehicle based on the request from the driving support ECU 10 and the information acquired from the sensor unit 50. Then, the vehicle motion control device 20 issues necessary commands to the steering control ECU 31, the brake control ECU 32, the power train control ECU 33, and the like managed by the vehicle motion control device 20 based on the determined control contents, and gives the steering 41 and the brake. It appropriately controls actuators involved in vehicle motion, such as the 42 and the powertrain (or in-wheel motor) 43.

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。 The driving support ECU 10 is a unit that performs various controls to support the driving of the driver, and includes, for example, an automatic driving system 11, an automatic parking system 12, a preventive safety system 13, and the like. These systems control the movement of the vehicle in each system at least in the vertical direction (front-rear direction of the vehicle) and in the lateral direction (width direction of the vehicle), which are kinematic units of longitudinal acceleration Ax and lateral direction. The acceleration Ay is configured to require the vehicle motion control device 20 to move in the rotational direction by the curvature R, which is a kinematic unit. The radius of gyration r (= 1 / R) may be used instead of the curvature R.

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。 The sensor unit 50 is various sensors for acquiring information on the movement of the vehicle, and includes, for example, a wheel speed sensor capable of measuring vehicle speed, a chassis sensor capable of measuring yaw rate and acceleration in the vertical and horizontal directions, and the like.

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て、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。 The request receiving unit 21 receives one or more requests from the driving support ECU 10, mediates or selects the received requests, and makes one optimum longitudinal acceleration Ax, lateral acceleration Ay, and curvature R request (Ax). , Ay, R) is output. Regarding the control of the lateral motion, the request receiving unit 21 may accept a request including at least one of the lateral acceleration Ay and the curvature R.

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。 The feedback control unit 22 has one optimum request (Ax, Ay, R) output by the request reception unit 21, and actuator information (control realization) fed back from the steering control ECU 31, the brake control ECU 32, the power train control ECU 33, and the like. Based on the result (result, availability, etc.) and the information on the vehicle motion input from the sensor unit 50, the longitudinal acceleration Ax ^* , the lateral acceleration Ay ^* , and the curvature R ^* are calculated in consideration of the feedback result and the like. For example, the lateral acceleration Ay ^* can be calculated based on the measured value fed back from the lateral G sensor installed in the vehicle. The curvature R ^* can be calculated based on the curvature estimated from the measured values fed back from the lateral G-force sensor and the wheel speed sensor.

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。 The conversion transmission unit 23 transfers the request (Ax ^* , Ay ^* , R ^* ) calculated by the feedback control unit 22 to one or more actuators related to the movement of the vehicle such as the steering 41, the brake 42, and the power train 43. As the command value to be distributed, it is converted into a unit of the operating amount (braking force Fx, steering angle δ, etc.) according to the operating characteristics of each actuator. Then, the conversion transmission unit 23 transmits the converted command value to each control ECU that operates the corresponding actuator.

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。 The steering control ECU 31 controls the steering 41 according to a predetermined steering driver model based on the command value received from the conversion transmission unit 23 and the command value corresponding to the driver's steering operation. The brake control ECU 32 controls the brake 42 according to a predetermined brake driver model based on the command value received from the conversion transmission unit 23 and the command value corresponding to the driver's brake operation. The power train control ECU 33 controls the power train 43 according to a predetermined accelerator driver model based on the command value received from the conversion transmission unit 23 and the command value corresponding to the accelerator operation of the driver.

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。 The vehicle motion control device 20 according to the present embodiment can be configured in, for example, the brake control ECU 32. Further, each system included in the driving support ECU 10, each control ECU and each actuator managed by the vehicle motion control device 20 are not limited to those shown in the drawing. The ECUs are connected to each other so as to be able to communicate with each other via an in-vehicle network such as CAN.

［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。 [Example]
Hereinafter, taking the lateral motion control of the vehicle as an example, what kind of request is output from each system of the driving support ECU 10 to the vehicle motion control device 20, and how each actuator is output by the vehicle motion control device 20. I will explain some concretely whether the request is realized by controlling the above.

＜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_３＝Ｙかつ曲率Ｒ_３＝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。 <Requirement example 1>
When the preventive safety system 13 wants to move the vehicle laterally with an acceleration Y in order to maintain the center of the traveling lane on a straight road by the lane keep control function, the lateral acceleration Ay ₃ = Y. And the curvature R ₃ = 0 (or no curvature requirement) is required from the vehicle motion control device 20.

＜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_３＝Ｙかつ曲率Ｒ_３＝Ｘを、車両運動制御装置２０に要求する。 <Requirement example 2>
The preventive safety system 13 uses the lane keep control function to move the vehicle laterally at an acceleration Y in order to maintain the center of the traveling lane and drive the road curved by the curvature X in the lateral direction. The vehicle motion control device 20 is required to have the acceleration Ay ₃ = Y and the curvature R _{3 = X.}

＜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、極低速で曲率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_２＝０（又は横方向加速度の要求なし）かつ曲率Ｒ_２＝Ｘを、車両運動制御装置２０に要求する。 <Requirement example 3>
When the automatic parking system 12 wants to move the vehicle on a trajectory having a curvature X at an extremely low speed by the automatic parking control function, the lateral acceleration Ay ₂ = 0 (or no lateral acceleration is required) and the curvature R ₂ =. X is requested from the vehicle motion control device 20.

＜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^２）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。 <Realization example 1>
When the motion request from the driving support ECU 10 is realized only by steering the steering 41, the vehicle motion control device 20 has the requested lateral direction based on the lateral acceleration Ay and the current vehicle speed Vx acquired from the sensor unit 50. The curvature Ry (= Ay / Vx ² ) corresponding to the acceleration Ay is calculated. ^{Then, the vehicle motion control device 20 calculates the curvature R *} (= R + Ry) based on the calculated curvature Ry and the requested curvature R, and calculates the steering angle δ of the steering 41 from the ^{calculated curvature R *.}

＜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。 <Realization example 2>
When the motion request from the driving support ECU 10 is realized by steering the steering 41 having the four-wheel steering function (4WS), the vehicle motion control device 20 calculates the steering angle δ of the steering 41 by the method of the first embodiment described above. do. However, when the motion request from the driving support ECU 10 is only the lateral acceleration Ay and there is no curvature R, the vehicle motion control device 20 requests after the front wheels and the rear wheels of the vehicle are steered in the same phase. The lateral acceleration Ay is converted into the steering angular velocity. Thereby, the lateral acceleration Ay can be realized by steering the steering 41.

＜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）。 <Realization example 3>
In a vehicle equipped with the in-wheel motor 43, the moment generated by the left-right torque difference control of the in-wheel motor 43 corresponds to the feedback differential term for controlling the curvature R. Therefore, when the motion request from the driving support ECU 10 is realized by driving the in-wheel motor 43, the vehicle motion control device 20 separately requests the in-wheel motor 43 as a means for realizing the differential term (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。 [Action / Effect]
As described above, according to the vehicle motion control device 20 according to the embodiment of the present invention, among the requests regarding the motion of the vehicle from the driving support ECU 10, the rotation direction is received and processed by the curvature R which is a kinematic unit. can do. As a result, for example, even if the steering 41 is steered significantly in extremely low speed traveling, the required value for lateral motion does not decrease, so that the required value can be appropriately converted into the actuator command value. Therefore, as compared with the control of the lateral motion using the yaw rate, the actuator command value related to the lateral motion of the vehicle can be calculated more accurately regardless of the running state of the vehicle.

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。 Further, since the vehicle motion control device 20 according to the present embodiment can handle the lateral motion request in the same unit regardless of the function of the system that is the request source, the feedback control unit 22 can be integrated into one. Also, the conversion transmission unit 23 can be integrated into one. Further, since the curvature R can be converted into a kinematic unit, it can be used even when a predetermined control (for example, stabilization control) and lateral motion control need to be coordinated.

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。 The present invention can be regarded not only as a vehicle motion control device, but also as a method, a program, or a vehicle equipped with a vehicle motion control device executed by a computer of the vehicle motion control device.

本発明は、車両の運動を制御するシステムに有用である。 The present invention is useful for systems that control vehicle motion.

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 10 Driving support ECU
11 Automatic driving system 12 Automatic parking system 13 Preventive safety system 20 Vehicle motion control device 21 Request reception unit 22 Feedback control unit 23 Conversion transmission unit 31 Steering control ECU
32 Brake control ECU
33 Powertrain control ECU
41 Steering 42 Brake 43 Powertrain (in-wheel motor)
50 Sensor part

Claims

A control device mounted on a vehicle
A reception unit that accepts multiple lateral accelerations or multiple curvatures from the driver assistance system,
An arbitration unit that arbitrates the plurality of curvatures,
A calculation unit that calculates the steering angle based on the arbitration result by the arbitration unit,
A control device comprising a distribution unit that distributes the steering angle to at least one of a plurality of actuator systems.

The manager installed in the vehicle
A reception unit that accepts multiple lateral accelerations or multiple curvatures from multiple ADAS applications,
An arbitration unit that arbitrates the plurality of curvatures,
A calculation unit that calculates the steering angle based on the arbitration result by the arbitration unit,
A manager comprising a distribution unit that distributes the steering angle to at least one of a plurality of actuator systems.

The manager installed in the vehicle
A reception unit that accepts multiple lateral accelerations or multiple curvatures from the driver assistance system,
An arbitration unit that arbitrates the plurality of curvatures,
A calculation unit that calculates the steering angle based on the arbitration result by the arbitration unit,
A manager comprising a distribution unit that distributes the steering angle to at least one of a plurality of actuator systems.

It's a method run by the manager's computer on board the vehicle.
A step that accepts multiple lateral accelerations or multiple curvatures from multiple ADAS applications,
The step of arbitrating the plurality of curvatures and
A step of calculating the steering angle based on the arbitration result in the arbitration step, and
A method comprising the step of distributing the steering angle to at least one of a plurality of actuator systems.

It is a program that is executed by the computer of the manager installed in the vehicle.
A step that accepts multiple lateral accelerations or multiple curvatures from multiple ADAS applications,
The step of arbitrating the plurality of curvatures and
A step of calculating the steering angle based on the arbitration result in the arbitration step, and
A program comprising the step of distributing the steering angle to at least one of a plurality of actuator systems.

A vehicle equipped with the manager according to claim 2.