JP4803498B2 - 車輪半径推定装置 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1では、デッドレコニング走行により目標位置に向かって走行する無人搬送車が提案されている。
しかし、車輪半径は、搭乗物による車両重量の変動、タイヤの空気圧の変動、タイヤの摩耗による変動等の各種影響によって変化する。
このため、固定値の車輪半径を使用した場合には、車輪の回転距離が正確に算出できず、移動距離、車両位置や車速Vを正確に推定することができなくなる。
(2)請求項2記載の発明では、前記半径算出手段は、前記2組のパラメータから前記他車両の他車輪半径を算出し、前記算出した他車輪半径を、当該他車両に送信する送信手段、を備えることを特徴とする請求項1に記載の車輪半径推定装置を提供する。
(3)請求項3記載の発明では、前記取得した自車輪角速度を、前記他車両に送信する自車輪角速度送信手段と、前記他車両から、自車両の自車輪半径を受信する車輪半径受信手段と、前記受信した自車輪半径から、前記半径算出手段で算出した自車輪半径の有効性を判断する有効性判断手段と、を具備したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車輪半径推定装置を提供する。
(4)請求項4記載の発明では、前記自車両と他車両は、車体の傾斜状態と車輪の回転状態に応じて前記車輪のトルクを制御することで、搭乗部及び車体を含む車両本体を倒立状態に保持して走行する倒立振り子車両であることを特徴とする請求項1、請求項2、又は請求項3に記載の車輪半径推定装置を提供する。
(1)実施形態の概要
本実施形態では、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両を対象とする。そして、最低2台の車両が走行している際に、車両間の相対速度ΔVと、双方の車両の車輪角速度ωL、ωFを1組のパラメータとし、これを複数回計測し、双方の車両の車輪有効半径RL、RFを推定する。
すなわち、自車輪角速度ωLと他車輪角速度ωFと相対速度ΔVは、数式(1)の関係式で表すことができる。
ΔV=VL−VF=ωLRL−ωFRF
そこで本実施形態では、相対速度ΔV、自車輪角速度ωL、他車輪角速度ωFを複数回検出し、上記数式1の連立方程式をたてることで、自車両の車輪半径RLを算出する。
また、連立方程式から他車両の車輪半径RFを算出して、当該他車両に送信する。
また、他車両で算出した自車輪半径RLF(他車両にとっては他車輪半径)を受信し、自車両で算出した自車輪半径RLの信頼度を判定する。
特に、車両重量やタイヤ空気圧が設計値から変動していても、実際の車輪半径を算出(推定)することができる。
図1は、本実施形態における車輪半径推定装置が適用される車両の外観構成を例示したものである。本実施形態では、倒立振り子の姿勢制御を利用した車両を例に説明する。
図1に示されるように、車両は、同軸上に配置された2つの車輪11R、11Lを備えている。
両車輪11R、11Lは、それぞれ駆動モータ12で駆動されるようになっている。
搭乗部13は、運転者が座る座面部131、背もたれ部132、及びヘッドレスト133で構成されている。
搭乗部13は、駆動モータ12が収納されている駆動モータ筐体121に固定された支持部材14により支持されている。
本実施形態における入力装置30は、座面部131に固定されているが、有線又は無線で接続されたリモコンにより構成するようにしてもよい。また、肘掛けを設けその上部に入力装置30を配置するようにしてもよい。
搭乗部13と車輪11との間には、図示しないが後述するバランサ(重量体)134が配置されている。このバランサ134は、バランサ駆動アクチュエータ62によって前後方向(車体直立時に車軸と水平面上で直交する方向)に移動可能に構成されている。
本実施形態において制御ユニット16は、搭乗部13の座面部131の下面に取り付けられているが、支持部材14に取り付けるようにしてもよい。
なお、レーダー71b(図示せず)を背もたれ部132、ヘッドレスト133、制御ユニット16の後面、座面部131の後面等に配置することで、自車両後方を走行する他の車両との相対速度を検出するようにしてもよい。
制御ユニット16は、制御ECU(電子制御装置)20、加減速指令装置31、角度計(角速度計)41、車輪角速度計51、車輪アクチュエータ52、バランサの位置センサとして機能するバランサ駆動モータ回転角度計(位置センサ)61、相対距離計測装置71、メモリ72、相対速度演算装置73、他車両との通信装置74、その他の装置を備えている。
制御ECU20は、本実施形態における車輪11の半径rを算出する半径算出処理プログラム等の各種プログラムやデータが格納されたROM、作業領域として使用されるRAM、外部記憶装置、インターフェイス部等を備えたコンピュータシステムで構成されている。
主制御ECU21には、入力装置30として加減速指令装置31が接続されている。
加減速指令装置31は、搭乗者による入力装置30の操作に基づく加減速指令を主制御ECU21に供給する。
入力装置30は、ジョイスティックを備えている。ジョイスティックは直立した状態をニュートラル位置とし、前後方向に傾斜させることで加減速を指示し、左右に傾斜させることで左右方向の旋回を指示するようになっている。傾斜角度に応じて、要求加減速度、旋回曲率が大きくなる。
主制御ECU21は、車輪制御ECU22、車輪角速度計51、車輪アクチュエータ52と共に車輪制御システム50として機能する。
車輪角速度計51は、車輪11の回転角速度を主制御ECU21に供給し、主制御ECU21は、車輪制御ECU22に駆動トルク指令値を供給し、車輪制御ECU22は車輪アクチュエータ52に駆動指令値としての駆動電圧を供給する。
車輪動アクチュエータ52は、指令値に従って、両車輪11R、11Lを各々独立して駆動制御するようになっている。
バランサ駆動モータ回転角度計61は、バランサ位置に対応したモータ回転角を主制御ECU21に供給し、主制御ECU21は、駆動推力指令値をバランサ制御ECU23に供給し、バランサ制御ECU23は、駆動推力指令値として駆動電圧をバランサ駆動アクチュエータ62に供給する。
相対距離計測装置71は、レーダー71aを備えており、図1に示すように、入力装置30の前面に配置されている。レーダー71aとしては、例えば、レーザーレーダー、ミリ波レーダー、超音波レーダー等が使用される。
相対距離計測装置71は継続的(所定間隔毎)に自車両1と他車両2間の距離を計測し、計測時刻と共にメモリ72に格納するようになっている。
そして相対速度演算装置73は、メモリ72に格納されている計測データ、すなわち、前後する距離と計測時刻の差から、相対速度ΔVを算出し、車輪半径推定装置24に供給するようになっている。
通信装置74は、車輪半径推定装置24と共に、他車輪角速度取得手段及び、他車輪半径RFを他車両に送信する送信手段、他車両に自車輪角速度ωLを送信する自車輪角速度送信手段として機能する。
通信装置74は、他車両2から他車輪角速度ωFを受信すると共に、他車両に対して、他車輪半径RF、自車輪角速度ωLを送信する。
また、車輪半径推定装置24は、他車両で算出した自車の自車輪半径RL(他車両では、他車輪半径RFとして算出)から、自車で算出した自車輪半径RLの有効性を判断する有効性判断手段として機能する。
車輪半径推定装置24は、パラメータ記憶部24aを備えており、相対速度ΔV、他車輪角速度ωF、自車輪角速度ωLを1組のパラメータとして記憶するようになっている。
図3は、第1実施形態における車輪半径算出処理の内容を表したフローチャートである。
車輪半径推定装置24は、車両の前方を走行している他車両2をレーダー71aで捕捉しているか否かを判断する(ステップ10)。この判断は、相対距離計測装置71から測定値データの出力がされているか否か、相対速度演算装置73から相対速度が供給されているか否か等により行う。
過去(前回)のパラメータ値が保存されていない場合(ステップ14;N)には、数式1による連立方程式が立てられないので、車輪半径の算出をせずにステップ16に移行する。
一方、過去(前回)のパラメータ値がパラメータ記憶部24aに保存されている場合(ステップ14;Y)、車輪半径推定装置24は、パラメータ記憶部24aに保存されているパラメータ値と、現在の(今回取得した)パラメータ値とから、上記数式1により自車輪半径RL、他車輪半径RFを算出する(ステップ15)。
いま、前回測定したパラメータを相対速度ΔV1、他車輪角速度ωF1、自車輪角速度ωL1とし、今回測定したパラメータを相対速度ΔV2、他車輪角速度ωF2、自車輪角速度ωL2とすると、数式1から次の2式(数式2、数式3)が成立する。
車輪半径推定装置24は、各パラメータの値を代入するとともに、数式2、3の連立方程式を解くことで自車輪半径RL、他車輪半径RFを算出する。
ΔV1=ωL1RL−ωF1RF
(数式3)
ΔV2=ωL2RL−ωF2RF
また、算出した自車輪半径RLを数式2に代入することで、他方の未知数である他車輪半径RFが算出される。
算出した自車輪半径RLは、主制御ECU21に供給される。主制御ECU21では、例えば、自車輪角速度ωLと自車輪半径RLとから自車の車速Vを算出したり、姿勢制御のパラメータとして使用する。
RF=(ωL1RL−ΔV1)/ωF1
その後ステップ10に戻り処理を継続することで車輪半径推定装置24は、自車両の自車輪半径RLを継続的に算出することができる。
図4は、第2実施形態における車輪半径算出処理の内容を表したフローチャートである。なお、図3に従って説明した第1実施形態と同一の部分には同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
図4において、車輪半径推定装置24は、第1実施形態と同様に、他車両をレーダで捕捉している場合(ステップ10;Y)、相対速度ΔV、他車輪角速度ωF、自車輪角速度ωLをそれぞれ取得する(ステップ11〜ステップ14)。
更に、車輪半径推定装置24は、過去(前回)のパラメータ値がパラメータ記憶部24aに保存されていれば(ステップ14;Y)、今回と前回のパラメータ値から数式2、数式3を使用して自車輪半径RLと、他車輪半径を算出する(ステップ15)。
そして、車輪半径推定装置24は、最新のパラメータをパラメータ記憶部24aに保存(更新)し(ステップ16)、ステップ10に戻る。
なお、過去(前回)のパラメータ値がパラメータ記憶部24aに保存されていない場合(ステップ14;N)には、数式1による連立方程式(数式2、3)が立てられないので、車輪半径の算出と、他車輪半径の送信をせずにステップ16に移行する。
例えば、説明した第2実施形態では、他車両の他車輪半径RFを送信する場合について説明したが、他車両も同様な構成を有している場合には、他車両が算出しステップ151で送信される他車輪半径RFを受信し、これを他車両で算出した自車にとっての自車輪半径RLFとして取得し、自車両で算出した自車輪半径RLの有効性を判断するようにしてもよい。
すなわち、他車両から取得した自車輪半径RLFと自車両で算出した自車輪半径RLとを比較し、その差が所定閾値以下である場合に、自車輪半径RLの値を有効と判断して、主制御ECU21等に供給する。
さらに、有効か無効かの判定結果を他車両に送信するようにしてもよい。
また、より長い所定時間間隔(例えば、30分間隔、1時間間隔等)毎に算出するようにしてもよく、他車両をレーダーで捕捉する毎に1回算出するようにしてもよい。
そこで、車輪半径推定装置24は、ステップ14とステップ15の間に、パラメータ記憶部24aに格納されている相対速度ΔV1と、今回取得した相対速度ΔV2との差(ΔV1−ΔV2)が所定の閾値TVL以上で所定の閾値TVH未満である場合に、車輪半径の算出を行う(ステップ141)。
一方、相対速度の差(ΔV1−ΔV2)が、閾値TVL未満である場合、及び閾値TVH以上である場合、車輪半径推定装置24は、車輪半径の算出を行わずに、相対速度が小さい方に対応するパラメータをパラメータ記憶部24aに保存する。
そして、自車輪角速度ωL及び他車輪角速度ωFの少なくとも一方が、所定の閾値TωL以下、又は、所定の閾値TωH以上である場合には、車輪半径を算出しない。この場合、最新(今回)のパラメータをパラメータ記憶部24aに保存(更新)することなくステップ10に戻る。
また、車両全周にわたって他車両との相対速度が計測できるように、前後側面にレーダを配置するようにしてもよい。この場合には、自車両、他車両のいずれか一方が他方を追い抜く場合にも継続的に車輪半径を算出することができる。
12 駆動モータ
13 搭乗部
16 制御ユニット
20 制御ECU
21 主制御ECU
22 車輪制御ECU
23 バランサ制御ECU
24 車輪半径推定装置
24a パラメータ記憶部
31 加減速指令装置
41 角度計(角速度計)
51 車輪角速度計
52 車輪アクチュエータ
61 バランサ駆動モータ回転角度計
62 バランサ駆動アクチュエータ
70 車輪半径推定システム
71 相対距離計測装置
72 メモリ
73 相対速度演算装置
74 通信装置
Claims (4)
- 自車両の車輪の自車輪角速度を取得する自車輪角速度取得手段と、
車両の前方又は後方を走行する他車両との相対速度を取得する相対速度取得手段と、
前記他車両から、該他車両の他車輪角速度を取得する他車輪角速度取得手段と、
前記取得した、自車輪角速度、他車輪角速度、相対速度を1組のパラメータとし、2組のパラメータから自車両の自車輪半径を算出する半径算出手段と、
を具備したことを特徴とする車輪半径推定装置。
- 前記半径算出手段は、前記2組のパラメータから前記他車両の他車輪半径を算出し、
前記算出した他車輪半径を、当該他車両に送信する送信手段、を備えることを特徴とする請求項1に記載の車輪半径推定装置。
- 前記取得した自車輪角速度を、前記他車両に送信する自車輪角速度送信手段と、
前記他車両から、自車両の自車輪半径を受信する車輪半径受信手段と、
前記受信した自車輪半径から、前記半径算出手段で算出した自車輪半径の有効性を判断する有効性判断手段と、
を具備したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車輪半径推定装置。
- 前記自車両と他車両は、車体の傾斜状態と車輪の回転状態に応じて前記車輪のトルクを制御することで、搭乗部及び車体を含む車両本体を倒立状態に保持して走行する倒立振り子車両であることを特徴とする請求項1、請求項2、又は請求項3に記載の車輪半径推定装置。
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