JP6235420B2 - Vehicle speed command generation device and vehicle speed command generation method - Google Patents
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Description
本発明は、車速指令生成装置、車速指令生成方法及び車両試験システムに関する。より詳しくは、ドライブロボットの車速制御装置への入力として用いられる車速指令を生成する車速指令生成装置及び車速指令生成方法に関する。 The present invention relates to a vehicle speed command generation device, a vehicle speed command generation method, and a vehicle test system. More specifically, the present invention relates to a vehicle speed command generation device and a vehicle speed command generation method for generating a vehicle speed command used as an input to a vehicle speed control device of a drive robot.
耐久試験、排気浄化性能評価試験及び燃費計測試験などの車両試験は、例えばシャシダイナモメータのローラ上に実車両を実際に走行させることによって行われる。この際、実車両の運転は自動運転装置（所謂、ドライブロボット）が行う場合が多い。ドライブロボットは、実現すべき車両の速度に相当する車速指令が入力されると、この車速指令を実現するようにアクチュエータを駆動し、車両のアクセルペダル、ブレーキペダル及びシフトレバーなどを操作する。予め定められた車速指令に従った車両の運転は、モード運転と呼称される。 Vehicle tests such as an endurance test, an exhaust purification performance evaluation test, and a fuel consumption measurement test are performed by actually running an actual vehicle on a roller of a chassis dynamometer, for example. At this time, the driving of the actual vehicle is often performed by an automatic driving device (a so-called drive robot). When a vehicle speed command corresponding to the speed of the vehicle to be realized is input, the drive robot drives the actuator to realize the vehicle speed command, and operates the accelerator pedal, the brake pedal, the shift lever, and the like of the vehicle. Driving the vehicle in accordance with a predetermined vehicle speed command is referred to as mode driving.
車両試験において、車両の耐久性能、排気浄化性能及び燃費等は、人に替わってドライブロボットが行うモード運転の結果として評価される。従って、このような試験に用いられるドライブロボットには、車速指令に忠実であることに加えてより人に近い車両の操作が可能であることが要求される。特許文献１には、このような人に近い車両の操作の実現を目的としたドライブロボットによる車両速度制御方法が示されている。 In the vehicle test, the durability performance, the exhaust purification performance, the fuel consumption, and the like of the vehicle are evaluated as a result of the mode operation performed by the drive robot in place of the person. Therefore, the drive robot used for such a test is required to be able to operate a vehicle closer to a person in addition to being faithful to the vehicle speed command. Patent Document 1 discloses a vehicle speed control method using a drive robot for the purpose of realizing the operation of a vehicle close to a person.
特許文献１の制御方法では、予め定められた基準車速指令に所定の先出し時間にわたる移動平均処理を施し、さらに所定の遅延処理を行ったものを駆動力特性マップに入力し、これによってドライブロボットのアクセルアクチュエータへの入力となるアクセル開度指令を決定する。また特許文献１の制御方法では、ドライブロボットによるモード運転の結果として、実車両の速度が基準車速指令から所定の許容範囲（例えば、基準車速指令によって定められるその時の基準車速に対して±２［ｋｍ／ｈ］／１［ｓ］の範囲内）から外れた場合には、先出し時間を短くする。 In the control method of Patent Literature 1, a predetermined average vehicle speed command is subjected to a moving average process over a predetermined advance time, and further subjected to a predetermined delay process is input to a driving force characteristic map. An accelerator opening command that is an input to the accelerator actuator is determined. Further, in the control method of Patent Document 1, as a result of the mode operation by the drive robot, the speed of the actual vehicle changes from the reference vehicle speed command to a predetermined allowable range (for example, ± 2 [ km / h] / 1 [s], the advance time is shortened.
上述の特許文献１の制御方法によれば、基準車速指令に対し先出し時間にわたって移動平均処理を施した上、さらにこの先出し時間を可変することによって、より人に近い滑らかな車両の操作の実現とできるだけ基準車速指令に忠実なモード運転の実現とを両立できる。特許文献１の制御方法によれば、基準車速指令をそのまま入力する場合に比べれば人に近い滑らかな車両の操作が実現されるものの、それでもアクセルペダルやブレーキペダルの操作においてやや不自然なばたつきが残る場合がある（具体的には、後述の図４参照）。 According to the control method of Patent Document 1 described above, the moving average process is performed over the advance time for the reference vehicle speed command, and further, the advance time is further varied, thereby realizing smoother vehicle operation closer to humans. It is possible to achieve both mode operation faithful to the reference vehicle speed command as much as possible. According to the control method of Patent Document 1, although a smooth vehicle operation closer to a person is realized as compared with a case where the reference vehicle speed command is input as it is, there is still a somewhat unnatural fluttering in the operation of the accelerator pedal and the brake pedal. It may remain (specifically, refer to FIG. 4 described later).
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、より人に近い滑らかなモード運転を実現可能となるような車速指令を生成する車速指令生成装置及び車速指令生成方法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 provides a vehicle speed command generation device and a vehicle speed command generation method for generating a vehicle speed command that enables smooth mode operation closer to humans. For the purpose.
（１）ドライブロボットの車速制御装置（例えば、後述の車速制御装置２）は、実現すべき車両の速度に相当する車速指令（例えば、後述の目標車速指令vcmd）が入力されると当該車速指令に応じて車両を操作する。本発明に係る車速指令生成装置（例えば、後述の車速指令生成装置１）は、この車速制御装置で用いられる車速指令を生成するものであって、前記車両の加速度（例えば、後述の加速度a）の二乗に比例した項を含む評価関数（例えば、後述の評価関数J）の値が極値になるような加速度の値を決定する極値探索手段（例えば、後述の極値探索部１２）と、前記決定された加速度の値を用いて車速指令（例えば、後述の目標車速指令vcmd）を生成する車速指令生成手段（例えば、後述の車速指令生成部１１）と、を備える。前記極値探索手段は、前記車両の速度の値が所定の基準車速指令（例えば、後述の基準車速指令vref）に対して定められた許容範囲（例えば、後述の許容速度上限Tupperと許容速度下限Tlowerの間）内に収まりかつ前記評価関数の値が極値になるように加速度の値を決定する。 (1) A vehicle speed control device (for example, a vehicle speed control device 2 described later) of a drive robot receives a vehicle speed command (for example, a target vehicle speed command vcmd described later) corresponding to the vehicle speed to be realized. The vehicle is operated according to A vehicle speed command generation device (for example, a vehicle speed command generation device 1 described later) according to the present invention generates a vehicle speed command used in the vehicle speed control device, and is an acceleration of the vehicle (for example, an acceleration a described later). Extreme value search means (for example, an extreme value search unit 12 to be described later) for determining an acceleration value such that the value of an evaluation function (for example, an evaluation function J to be described later) that includes a term proportional to the square of Vehicle speed command generation means (for example, a vehicle speed command generation unit 11 described later) that generates a vehicle speed command (for example, a target vehicle speed command vcmd described later) using the determined acceleration value. The extreme value search means is an allowable range in which the value of the vehicle speed is determined with respect to a predetermined reference vehicle speed command (for example, a reference vehicle speed command vref described later) (for example, an allowable speed upper limit Tupper described later and an allowable speed lower limit). The acceleration value is determined so that it falls within the range of Tlower and the value of the evaluation function is an extreme value.
（２）この場合、前記評価関数は、前記加速度の二乗と前記速度の二乗との積に比例する仕事率項（例えば、後述の仕事率項W2）を含むことが好ましい。 (2) In this case, it is preferable that the evaluation function includes a power term (for example, a power term W 2 described later) proportional to the product of the square of the acceleration and the square of the velocity.
（３）この場合、前記評価関数は、前記速度の値が前記許容範囲内から速度上限値に近づくと大きくなりかつ前記速度の値が前記許容範囲内から速度下限値に近づくと大きくなる速度バリア関数項（例えば、後述の速度バリア関数項B）をさらに含むことが好ましい。 (3) In this case, the evaluation function increases as the speed value approaches the speed upper limit value from within the allowable range, and increases as the speed value approaches the speed lower limit value from within the allowable range. It is preferable to further include a function term (for example, a velocity barrier function term B described later).
（４）この場合、前記極値探索手段は、前記加速度の現在値に基づいて所定の先読み時間後（例えば、後述のndt）の前記速度の予測値（例えば、後述の予測速度vestの値）を算出し、前記評価関数は、前記速度の予測値が前記先読み時間後の許容範囲内からその時の速度上限値に近づくと大きくなりかつ前記速度の予測値が前記先読み時間後の許容範囲内からその時の速度下限値に近づくと大きくなる先読みバリア関数項（例えば、後述の先読みバリア関数項Best）をさらに含むことが好ましい。 (4) In this case, the extreme value search means, based on the current value of the acceleration, the predicted value of the speed after a predetermined look-ahead time (for example, ndt described later) (for example, the value of the predicted speed vest described later). And the evaluation function increases as the predicted value of the speed approaches the upper speed limit value from within the allowable range after the pre-reading time, and the predicted value of the speed falls within the allowable range after the pre-reading time. It is preferable to further include a prefetch barrier function term (for example, a prefetch barrier function term Best described later) that increases as the speed lower limit value is approached.
（５）この場合、前記極値探索手段は、前記ドライブロボットへの車速指令から前記車両の速度検出までの過渡特性を模した過渡特性モデル（例えば、後述の伝達関数G）を用い、当該過渡特性モデルに前記車速指令生成手段によって生成された車速指令を入力して得られる出力を前記車両の速度の値として用いて前記評価関数の極値を探索することが好ましい。 (5) In this case, the extreme value search means uses a transient characteristic model (for example, a transfer function G described later) simulating the transient characteristic from the vehicle speed command to the drive robot to the speed detection of the vehicle. It is preferable to search for an extreme value of the evaluation function using an output obtained by inputting a vehicle speed command generated by the vehicle speed command generating means as a characteristic model as a speed value of the vehicle.
（６）本発明に係る車速指令生成方法は、ドライブロボットの車速制御装置に用いられる車速指令を生成する車速指令生成方法であって、前記車両の加速度の二乗に比例した項を含む評価関数の値が極値になるような加速度の値を決定する極値探索工程と、前記決定された加速度の値を用いて車速指令を生成する車速指令生成工程と、を備える。前記極値探索工程では、記車両の速度の値が所定の基準車速指令に対して定められた許容範囲内に収まりかつ前記評価関数の値が極値になるように加速度の値を決定する。 (6) A vehicle speed command generation method according to the present invention is a vehicle speed command generation method for generating a vehicle speed command used in a vehicle speed control device of a drive robot, and includes an evaluation function including a term proportional to the square of the acceleration of the vehicle. An extremum searching step for determining an acceleration value such that the value becomes an extremum; and a vehicle speed command generating step for generating a vehicle speed command using the determined acceleration value. In the extreme value search step, the acceleration value is determined so that the speed value of the vehicle falls within an allowable range determined for a predetermined reference vehicle speed command and the value of the evaluation function becomes an extreme value.
（１）本発明では、車両の加速度の二乗に比例した項を含む評価関数を定義し、車両の速度の値が所定の基準車速指令に対して定められた許容範囲内に収まりかつ評価関数の値が極値（評価関数が正であれば極小値、負であれば極大値）になるように加速度の値を決定し、さらにこの加速度の値を用いて車速指令を生成する。これにより、車速指令は、加速度に比例した物理量（より具体的には、例えば、仕事率）をできるだけ小さくしながらかつ基準車速指令に対する許容範囲内に収まるように生成される。換言すれば、上述のようにして生成された車速指令をドライブロボットに入力した場合には、許容範囲を十分に活用した滑らかな車両の操作が実現される。 (1) In the present invention, an evaluation function including a term proportional to the square of the acceleration of the vehicle is defined, the value of the vehicle speed is within an allowable range determined for a predetermined reference vehicle speed command, and the evaluation function The acceleration value is determined so that the value becomes an extreme value (a minimum value if the evaluation function is positive, and a maximum value if the evaluation function is negative), and a vehicle speed command is generated using the acceleration value. Thus, the vehicle speed command is generated so as to be within an allowable range with respect to the reference vehicle speed command while minimizing a physical quantity proportional to the acceleration (more specifically, for example, power). In other words, when the vehicle speed command generated as described above is input to the drive robot, smooth vehicle operation using the allowable range is realized.
（２）本発明では、加速度の二乗と速度の二乗との積に比例する仕事率項を含む関数を評価関数として用いる。これにより、仕事率をできるだけ小さくするような滑らかな車両の操作を実現する車速指令を生成できる。 (2) In the present invention, a function including a power term proportional to the product of the square of acceleration and the square of velocity is used as the evaluation function. As a result, a vehicle speed command can be generated that realizes a smooth vehicle operation that reduces the work rate as much as possible.
（３）本発明では、加速度の二乗に比例した項と、速度の値が許容範囲内から速度上限値又は速度下限値に近づくと大きくなる速度バリア関数項とを含んだ関数を評価関数として用いる。このように上述の拘束条件（車両の速度の値が許容範囲内に収まること）を実現するための速度バリア関数項が定義された評価関数を用いることにより、極値探索手段は、上述の拘束条件を明示的に扱うことなく、単に評価関数の極値を所定のアルゴリズムに従って探索するだけで、上述のような車速指令を生成できる。また、例えば試験目的に応じて許容範囲を変化させる場合には、これに応じて速度バリア関数項を変化させるだけでよい。従って、試験目的に合わせた車速指令を容易に生成することができる。 (3) In the present invention, a function including a term proportional to the square of acceleration and a velocity barrier function term that increases as the velocity value approaches the velocity upper limit value or velocity lower limit value from within the allowable range is used as the evaluation function. . Thus, by using the evaluation function in which the speed barrier function term for realizing the above-described constraint condition (the vehicle speed value falls within the allowable range) is used, the extreme value search means can The vehicle speed command as described above can be generated simply by searching for the extreme value of the evaluation function according to a predetermined algorithm without explicitly handling the conditions. Further, for example, when the allowable range is changed according to the test purpose, it is only necessary to change the velocity barrier function term accordingly. Therefore, it is possible to easily generate a vehicle speed command that matches the purpose of the test.
（４）本発明では、加速度の現在値に基づいて所定の先読み時間後の速度の予測値を算出する。また本発明では、加速度の二乗に比例した項と、速度の予測値が先読み時間後の許容範囲内からその時の速度上限値又は速度下限値に近づくと大きくなる先読みバリア関数項とを含んだ関数を評価関数として用いる。本発明では、このように先読み時間後の速度の予測値に対して拘束条件を課すことにより、例えば、基準車速指令及びこれに応じて定まる許容範囲が急激に変化するような場合において、加速度が急激に立ち上がるように決定されるのを防止できる。これにより、さらに滑らかな車両の操作を実現する車速指令を生成できる。 (4) In the present invention, a predicted value of speed after a predetermined look-ahead time is calculated based on the current value of acceleration. In the present invention, a function including a term proportional to the square of acceleration and a prefetch barrier function term that increases as the predicted speed value approaches the upper speed limit value or the lower speed limit value at that time from within the allowable range after the prefetch time. Is used as an evaluation function. In the present invention, by imposing a constraint condition on the predicted value of the speed after the look-ahead time in this way, for example, in the case where the reference vehicle speed command and the allowable range determined in accordance with this change rapidly, the acceleration is increased. It is possible to prevent being determined to stand up suddenly. Thereby, a vehicle speed command that realizes smoother vehicle operation can be generated.
（５）車速制御装置への車速指令の入力から実車両の車速検出には、試験の対象とされる車両やこれに搭載されるドライブロボットの特性に応じた遅れやオーバーシュート等の過渡特性がある。本発明では、これを予め考慮して車速指令を生成すべく、上記過渡特性を模した過渡特性モデルの出力を車両の速度の値として用いて評価関数の極値を探索する。これにより、実車両の車速が許容範囲を逸脱しないような車速指令を生成することができる。 (5) Transient characteristics such as delay and overshoot according to the characteristics of the vehicle to be tested and the drive robot installed in the vehicle speed detection from the input of the vehicle speed command to the vehicle speed control device is there. In the present invention, in order to generate a vehicle speed command in consideration of this in advance, the extreme value of the evaluation function is searched using the output of the transient characteristic model simulating the transient characteristic as the vehicle speed value. As a result, a vehicle speed command can be generated so that the vehicle speed of the actual vehicle does not deviate from the allowable range.
（６）本発明に係る車速指令生成方法によれば、上述の車速指令生成装置の発明（１）と同じ効果を奏する。 (6) According to the vehicle speed command generation method of the present invention, the same effect as the invention (1) of the vehicle speed command generation device described above can be obtained.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る車速指令生成装置１及び車速指令生成方法が適用された車両試験システムＳの制御系の構成を示す図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a control system of a vehicle test system S to which a vehicle speed command generation device 1 and a vehicle speed command generation method according to the present embodiment are applied.
車両試験システムＳは、車速指令生成装置１と、車速制御装置２と、制御対象３とを備える。制御対象３は、例えば、実路面を模した走行抵抗を発生するシャシダイナモメータと、このシャシダイナモメータに搭載された試験対象としての車両とを含む。車両の運転席には、アクセルペダル、ブレーキペダル、シフトレバー、及びイグニッションスイッチ等の車両を走行させるために必要な装置を指令に応じて操作するドライブロボットが搭載されている。車速指令生成装置１は、各時刻において実現すべき車両の速度に相当する目標車速指令を生成し、車速制御装置２は、生成された目標車速指令を実現するように（換言すれば、実際の車両の車速が目標車速指令をトレースするように）ドライブロボットを制御する。 The vehicle test system S includes a vehicle speed command generation device 1, a vehicle speed control device 2, and a control object 3. The control target 3 includes, for example, a chassis dynamometer that generates a running resistance imitating an actual road surface and a vehicle as a test target mounted on the chassis dynamometer. A drive robot for operating devices necessary for running the vehicle such as an accelerator pedal, a brake pedal, a shift lever, and an ignition switch in accordance with a command is mounted on the driver's seat of the vehicle. The vehicle speed command generation device 1 generates a target vehicle speed command corresponding to the vehicle speed to be realized at each time, and the vehicle speed control device 2 realizes the generated target vehicle speed command (in other words, an actual vehicle speed command). The drive robot is controlled so that the vehicle speed traces the target vehicle speed command.
なお図１には、ドライブロボットを構成する複数のアクチュエータのうちアクセルアクチュエータへの入力であるアクセル開度指令の決定に係る部分のみを示す。ドライブロボットには、車両のアクセルペダルを操作するアクセルアクチュエータの他、ブレーキペダルやシフトレバー等を操作するアクチュエータも含まれるが、これらへの入力を決定する構成については図示及び詳細な説明を省略する。以下、車速指令生成装置１及び車速制御装置２の構成について順に説明する。 FIG. 1 shows only a portion related to determination of an accelerator opening command that is an input to an accelerator actuator among a plurality of actuators constituting the drive robot. The drive robot includes an actuator that operates a brake pedal, a shift lever, and the like in addition to an accelerator actuator that operates an accelerator pedal of a vehicle. However, illustration and detailed description of the configuration for determining input to these are omitted. . Hereinafter, configurations of the vehicle speed command generation device 1 and the vehicle speed control device 2 will be described in order.
車速指令生成装置１は、試験内容に応じた規格等によって予め定められた基準車速指令と、この基準車速指令に対して予め設定された車速許容範囲（以下、「トレランス」という）と、に関するデータとを読み込み、これらを用いて目標車速指令を生成する。ここで、「車速指令」とは、目標車速の波形、すなわち複数の時刻と各時刻において実現すべき車両の速度の値とが関連付けられたデータの集合である。 The vehicle speed command generation device 1 includes data relating to a reference vehicle speed command that is predetermined according to a standard according to the test content, and a vehicle speed allowable range (hereinafter referred to as “tolerance”) that is set in advance with respect to the reference vehicle speed command. And the target vehicle speed command is generated using them. Here, the “vehicle speed command” is a set of data in which a waveform of a target vehicle speed, that is, a plurality of times and vehicle speed values to be realized at each time are associated with each other.
図２は、基準車速指令と目標車速指令との関係を示す図である。図２において、太実線は基準車速指令(vref)であり、太破線は基準車速指令を入力として車速指令生成装置によって生成される目標車速指令(vcmd)の一例である。 FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the reference vehicle speed command and the target vehicle speed command. In FIG. 2, the thick solid line is the reference vehicle speed command (vref), and the thick broken line is an example of the target vehicle speed command (vcmd) generated by the vehicle speed command generation device with the reference vehicle speed command as an input.
上述のように基準車速指令は規格等によって定められたものが用いられるが、様々な誤差を考慮してこの基準車速指令に対してはトレランスが定められている。このトレランスも規格等によって定められる。図２において破線枠で示すように、トレランスは、各時刻における速度のずれ（図２における縦方向へのずれ）だけでなく、時刻のずれも許容される。日本で定められた一規格によれば、速度のずれについては±２［ｋｍ／ｈ］だけ許容され、時刻のずれについては±１［ｓ］だけ許容される。このように基準車速指令に対するトレランスは速度のずれと時刻のずれの両方が許容されることから、各時刻における許容速度上限(Tupper)及び許容速度下限(Tlower)は、それぞれ図２において一点鎖線で示すようにトレランスの包絡線となる。 As described above, the reference vehicle speed command is determined by a standard or the like, but tolerance is set for the reference vehicle speed command in consideration of various errors. This tolerance is also determined by standards. As indicated by a broken line frame in FIG. 2, the tolerance of the tolerance is not only a speed shift at each time (a shift in the vertical direction in FIG. 2) but also a time shift. According to one standard defined in Japan, a speed deviation of ± 2 [km / h] is allowed, and a time deviation of ± 1 [s] is allowed. Thus, since the tolerance for the reference vehicle speed command allows both a speed deviation and a time deviation, the allowable speed upper limit (Tupper) and the allowable speed lower limit (Tlower) at each time are indicated by a one-dot chain line in FIG. It becomes a tolerance envelope as shown.
車速指令生成装置１は、車速指令生成部１１と極値探索部１２とを備え、これらの機能によって、より人に近い滑らかなモード運転が実現されるように、トレランスによって定められる許容速度上限及び許容速度下限内で新たな目標車速指令を生成し、これを車速制御装置２の指令値とする。これを実現するため、車速指令生成装置１は、以下で説明するように非線形計画法を用いる。 The vehicle speed command generation device 1 includes a vehicle speed command generation unit 11 and an extreme value search unit 12, and by these functions, an allowable speed upper limit determined by the tolerance and a smooth mode operation closer to a person are realized. A new target vehicle speed command is generated within the allowable lower limit, and this is used as a command value for the vehicle speed control device 2. In order to realize this, the vehicle speed command generation device 1 uses nonlinear programming as described below.
車速指令生成部１１は、下記式（１）に示すような差分方程式に従って、開始時刻t=0から終了時刻t=tendまでの車速指令（vcmd(0),vcmd(dt),vcmd(2dt),…,vcmd(tend)）を算出する。ここで、下記式（１）において、”dt”は、生成する車速指令の時間間隔を示す。”dt”は、例えば１［ｓ］であるが、これに限るものではない。また”a(t)”は、時刻tにおける車両の加速度である。下記式（１）は、各時刻における加速度a(t)が決定されれば、これを積算することによって各時刻における車速指令vcmd(t)が決定されることを意味する。車速指令生成部１１は、時間ステップdt毎に、後述の方法によって決定された加速度aの値を積算することによって目標車速指令vcmdを生成する。
次に、時間ステップdt毎に加速度a(t)の値を決定する手順を説明する。極値探索部１２は、少なくとも車両の加速度aの二乗に比例した仕事率項W2(t)を含む評価関数J(t)を定義する。ここで、仕事率項W2(t)には、例えば以下の３種類のうちの何れかが好ましく用いられる。下記式において”M”は、車両重量であり、時間に依存しない定数である。また、”v(t)”は、時刻tにおける車両の速度であり、所定のアルゴリズムを利用して算出された値が用いられる。より具体的には、例えば、上記式（１）と同じように各時刻における加速度aの値を積算することによって算出された値（例えば、後述の実施例１参照）や、所定の車両モデルに目標車速指令vcmd(t)を入力して得られる値（例えば、後述の実施例２参照）等が用いられる。なお、車両重量Mは定数であるので、式（２−１）を用いた場合と式（２−２）を用いた場合とでは、最終的に得られる目標車速指令vcmdはほぼ同じである。以下では、物理的な意義が最も明確となる式（２−１）を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限るものではない。式（２−２）、式（２−３）、又は他の定義を仕事率項W2(t)として採用してもよい。
次に極値探索部１２は、時間ステップdt毎に、車両の速度v(t)の値が許容速度上限Tupper(t)及び許容速度下限Tlower(t)によって定められる許容範囲内に収まり（以下、これを「拘束条件」という）、かつ評価関数J(t)の値が極小になるような加速度a(t)の値を決定する。ここで、上記拘束条件は、下記式（３）によって表現される。車速指令生成装置は、例えば最急降下法や共役勾配法等の既知の非線形計画法のアルゴリズムを利用して、拘束条件の下での評価関数J(t)の極小値の探索を実行する。
車速指令生成装置１は、適当な初期条件(vcmd(0),a(0),v(0))の下で以上のような評価関数J(t)の極値探索と、式（１）に基づく目標車速指令vcmd(t)の生成とを、時間ステップdt毎に交互に実行することにより、時刻t=0〜tendまでの間の目標車速指令vcmd(t)を生成する。なお、上述のような車両の速度v(t)に対する拘束条件を課しながら目標車速指令を生成する具体的な手順については、後に実施例１，２において説明する。 The vehicle speed command generation device 1 searches for the extreme value of the evaluation function J (t) as described above under appropriate initial conditions (vcmd (0), a (0), v (0)), and formula (1) The target vehicle speed command vcmd (t) between time t = 0 and tend is generated by alternately executing the generation of the target vehicle speed command vcmd (t) based on the time step dt. The specific procedure for generating the target vehicle speed command while imposing the constraint condition on the vehicle speed v (t) as described above will be described later in the first and second embodiments.
次に、車速制御装置２の構成について説明する。車速制御装置２は、例えば、図１に示すように駆動力特性マップを用いたフィードフォワード制御とＰＩ制御とを組み合わせた制御方法によって、目標車速指令の追従制御を行う。以下、この車速制御装置２の具体的な構成について説明する。 Next, the configuration of the vehicle speed control device 2 will be described. For example, the vehicle speed control device 2 performs follow-up control of the target vehicle speed command by a control method in which feedforward control using a driving force characteristic map and PI control are combined as shown in FIG. Hereinafter, a specific configuration of the vehicle speed control device 2 will be described.
駆動力特性マップ演算部２１は、所定の入力（目標車速指令及び目標駆動力）と車両のアクセルペダルの開度とが関連付けられた駆動力特性マップ（図示省略）を有する。この駆動力特性マップは、試験対象である車両について事前に実験を行うことによって作製されたものが用いられる。駆動力特性マップ演算部２１は、上述のようにして生成された目標車速指令と、図示しない処理によって決定された目標駆動力とが入力されると、上述の駆動力特性マップを検索し、これら入力に応じたアクセル開度を決定する。 The driving force characteristic map calculation unit 21 has a driving force characteristic map (not shown) in which predetermined inputs (target vehicle speed command and target driving force) and the opening degree of the accelerator pedal of the vehicle are associated. As this driving force characteristic map, a map prepared by conducting an experiment in advance for a vehicle to be tested is used. When the target vehicle speed command generated as described above and the target driving force determined by a process (not shown) are input, the driving force characteristic map calculation unit 21 searches the above-described driving force characteristic map, The accelerator opening corresponding to the input is determined.
車速フィードバック演算部２２は、車両感度演算部２３と、比例演算部２４と、積分演算部２５と、加算部２６と、を備える。車両感度演算部２３は、上記演算部２１が有するものと同じ駆動力特性マップを用いて、車両の感度（駆動力変化／アクセル開度変化）の逆数を算出する。比例演算部２４は、車両感度に応じて可変される比例ゲインを車速偏差（目標車速指令−実車速）に乗算する。積分演算部２５は、比例演算部２４の出力を積分する。加算部２６は、比例演算部２４の出力と積分演算部２５の出力とを加算する。 The vehicle speed feedback calculation unit 22 includes a vehicle sensitivity calculation unit 23, a proportional calculation unit 24, an integration calculation unit 25, and an addition unit 26. The vehicle sensitivity calculation unit 23 calculates the reciprocal of the vehicle sensitivity (drive force change / accelerator opening change) using the same driving force characteristic map as the calculation unit 21 has. The proportional calculation unit 24 multiplies the vehicle speed deviation (target vehicle speed command-actual vehicle speed) by a proportional gain that is varied according to vehicle sensitivity. The integral calculation unit 25 integrates the output of the proportional calculation unit 24. The adder 26 adds the output of the proportional calculator 24 and the output of the integral calculator 25.
以上のような駆動力特性マップ演算部２１の出力と車速フィードバック演算部２２の出力は、加算部２７によって加算され、アクセルペダルの開度に対するアクセル開度指令として制御対象３に入力される。制御対象３である車両及びシャシダイナモメータシステムは、車両駆動系３１と、加算部３２と、車両慣性系３３と、に分けられる。車両駆動系３１は、アクセル開度指令が入力されると、これに応じた駆動力を発生する。車両慣性系３３には、車両駆動系３１が発生する駆動力からシャシダイナモメータシステムで発生する走行抵抗を減じて得られる車両の加速力が入力される。車両慣性系３３は、車両の加速力が入力されるとこれに応じた車速を発生する。 The output of the driving force characteristic map calculation unit 21 and the output of the vehicle speed feedback calculation unit 22 as described above are added by the addition unit 27 and input to the control target 3 as an accelerator opening degree command with respect to the opening degree of the accelerator pedal. The vehicle and chassis dynamometer system that is the control target 3 are divided into a vehicle drive system 31, an adder 32, and a vehicle inertia system 33. When the accelerator opening degree command is input, the vehicle drive system 31 generates a driving force corresponding to the accelerator opening degree command. The vehicle inertia system 33 receives a vehicle acceleration force obtained by subtracting a running resistance generated by the chassis dynamometer system from the drive force generated by the vehicle drive system 31. The vehicle inertia system 33 generates a vehicle speed according to the input of the acceleration force of the vehicle.
以上、車速制御装置２の具体的な構成について説明したが、本発明はこれに限るものではない。車速制御装置２には、目標車速指令に対する追従機能を備えたものであればどのようなものでもよい。 The specific configuration of the vehicle speed control device 2 has been described above, but the present invention is not limited to this. The vehicle speed control device 2 may be any device as long as it has a function of following the target vehicle speed command.
以下、車速指令生成装置の実施例１について説明する。上述のように極値探索部は、式（３）で表現される拘束条件の下で評価関数J(t)の極小値を探索する。本実施例では、このような拘束条件の下で評価関数J(t)の極小値を探索する方法として、所謂バリア法（又は内点ペナルティ法）を適用した場合について説明する。バリア法では、下記式（４）に示すように、所謂バリア関数項B(t),Best(t)を評価関数J(t)に追加することによって、拘束条件付き極値探索問題を、拘束条件無しの極値探索問題に置き換える。
式（４）の右辺第１項は、式（２）で示される仕事率項である。また本実施例では、式（２）における速度v(t)は、式（１）と同様に、加速度a(t)を時間ステップdt毎に積算して得られた値が用いられる。 The first term on the right side of equation (4) is the power term expressed by equation (2). In the present embodiment, the value obtained by integrating the acceleration a (t) at every time step dt is used as the velocity v (t) in the equation (2), as in the equation (1).
式（４）の右辺第２項は、式（３）の拘束条件を実現するための速度バリア関数項である。速度バリア関数項は、速度v(t)の値が許容範囲内(Tlower(t)〜Tupper(t))ではほぼ０であり、かつ速度v(t)が許容範囲内から許容速度上限Tupper(t)又は許容速度下限Tlower(t)に近づくに従って発散する特性を有することが好ましい。このような特性を有する速度バリア関数項B(t)を評価関数に追加することにより、別途拘束条件の成否を判断することなく、拘束条件を満たすような評価関数J(t)の極値を評価することができる。より具体的には、下記式（５）で表現される。下記式（５）において”r”は、バリア関数の影響度を決定する重み係数であり、任意である。
式（４）の右辺第３項は、最終的に算出される目標車速指令vcmd(t)が急激に立ち上がるのを防止するために加えられる先読みバリア関数項である。より具体的には、この先読みバリア関数項とは、所定の予測速度vest(t)に対して課される拘束条件を実現するためのバリア関数項である。ここで予測速度vest(t)とは、現在の時刻tから所定の先読み時間dt×n後（”n”は１以上の整数であり、例えば１である）における速度の予測値に相当する。より具体的には、例えば、下記式（６）に示すように、現在の加速度a(t)を先読み時間にわたって積算することによって算出される値が用いられる。
また先読みバリア関数項は、予測速度vest(t)の値が先読み時間後の許容範囲内(Tlower(t+ndt)〜Tupper(t+ndt))ではほぼ０であり、かつ予測速度vest(t)が先読み時間後の許容範囲内から許容速度上限Tupper(t+ndt)又は許容速度下限Tlower(t+ndt)に近づくに従って発散する特性を有することが好ましい。より具体的には、下記式（７）で表現される。下記式（７）において、”r”は、バリア関数の影響度を決定する重み係数であり、任意である。
次に、車速指令生成装置の実施例２について説明する。本実施例の車速指令生成装置の極値探索部は、評価関数J(t)を算出する際に用いられる車両の速度v(t)を算出する方法が実施例１と異なる。 Next, a second embodiment of the vehicle speed command generation device will be described. The extreme value search unit of the vehicle speed command generation device of the present embodiment is different from the first embodiment in the method of calculating the vehicle speed v (t) used when calculating the evaluation function J (t).
図３に示すように、車速制御装置への目標車速指令の入力から実車両の車速検出には、試験の対象とする車両やこれに搭載されるドライブロボットの特性に応じた遅れやオーバーシュート等の過渡特性がある。本実施例の極値探索部は、この目標車速指令から車速検出までの過渡特性を模した過渡特性モデルを伝達関数G(s)によって定義する。そして、極値探索部は、式（１）によって時間ステップdt毎に得られた目標車速指令vcmdを伝達関数Gに入力して得られる出力を車両の速度vの値として用いて、式（２）〜（７）に従って評価関数Jの極値を探索する。 As shown in FIG. 3, the vehicle speed detection of the actual vehicle from the input of the target vehicle speed command to the vehicle speed control device is performed, such as delay or overshoot according to the characteristics of the vehicle to be tested and the drive robot mounted on the vehicle. There are transient characteristics. The extreme value search unit of the present embodiment defines a transient characteristic model simulating the transient characteristic from the target vehicle speed command to the vehicle speed detection by the transfer function G (s). Then, the extreme value search unit uses the output obtained by inputting the target vehicle speed command vcmd obtained for each time step dt according to the expression (1) into the transfer function G as the value of the vehicle speed v, using the expression (2 ) To (7), the extreme value of the evaluation function J is searched.
ここで、伝達関数G(s)は、例えば、下記式（８）で定義されるような二次遅れ系の伝達関数が用いられる。下記式（８）において、”s”はラプラス演算子であり、”ζ”は減衰係数であり、”ωn”は固有角振動数であり、”Kはゲイン定数であり、”L”はむだ時間である。図３には、目標車速指令を入力とした伝達関数G(s)の車速出力を濃い実線で示す。図３に示すように、車速指令が一定の傾きから定常状態へ移行する区間において、高い精度で再現されることが検証された。
なお、過渡特性モデルの伝達関数G(s)は、式（８）に示すような二次遅れ系だけでなく、下記式（９）に示すような一次遅れ系の伝達関数を用いてもよい。下記式（９）において、”T”は時定数であり、”K”はゲイン定数であり、”L”はむだ時間である。
次に、図４及び図５を参照しながら、本願発明の効果について説明する。
図４は、車速制御装置に適当な目標車速指令を入力し、実際に車速制御を行った結果を示す図である。図４の上段は車速の時間変化を示し、中段はアクセル開度の時間変化を示し、下段はブレーキ開度の時間変化を示す。図４において、最も薄い実線は、基準車速指令をそのまま目標車速指令として車速制御装置に入力した場合の結果を示す（以下、「比較例１」という）。２番目に薄い破線は、特開２００９−８５１７号公報に記載の方法、すなわち基準車速指令に移動平均処理を施したものを目標車速指令として車速制御装置に入力した場合の結果を示す（以下、「比較例２」という）。最も濃い実線は、より具体的には実施例２の車速指令生成装置を用いて生成した目標車速指令を車速制御装置に入力した場合の結果を示す（以下、「本願発明」という）。また、図４の上段における細い破線は、基準車速指令に対する許容速度上限及び許容速度下限である。
図５は、図４の上段の一部を拡大した図である。
Next, effects of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a diagram showing a result of actually performing vehicle speed control by inputting an appropriate target vehicle speed command to the vehicle speed control device. The upper part of FIG. 4 shows the time change of the vehicle speed, the middle part shows the time change of the accelerator opening, and the lower part shows the time change of the brake opening. In FIG. 4, the thinnest solid line shows the result when the reference vehicle speed command is directly input to the vehicle speed control device as the target vehicle speed command (hereinafter referred to as “Comparative Example 1”). The second thinnest broken line shows the result when the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-8517, that is, the reference vehicle speed command subjected to moving average processing is input to the vehicle speed control device as the target vehicle speed command (hereinafter, "Comparative example 2"). More specifically, the darkest solid line shows the result when the target vehicle speed command generated using the vehicle speed command generation device of the second embodiment is input to the vehicle speed control device (hereinafter referred to as “the present invention”). In addition, the thin broken lines in the upper part of FIG.
FIG. 5 is an enlarged view of a part of the upper part of FIG.
図５中時刻２５〜２７［ｓ］において示すように、基準車速指令をそのまま入力した比較例１では車速が急激に立ち上がっていたところ、本願発明ではこのような車速の急激な立ち上がりが解消される。 As shown at times 25 to 27 [s] in FIG. 5, in Comparative Example 1 in which the reference vehicle speed command is input as it is, the vehicle speed suddenly rises. However, in the present invention, such a sudden rise in vehicle speed is eliminated. .
図５中時刻４１〜４３［ｓ］において示すように、比較例１や比較例２では、車速が平坦になるべきところをややオーバーシュートしている。これはアクセルペダルを踏み込み過ぎてしまっていることに起因すると考えられる。これに対して本願発明では、このようなオーバーシュートは確実に解消されている。 As shown at times 41 to 43 [s] in FIG. 5, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the place where the vehicle speed should become flat is slightly overshooted. This is thought to be due to the accelerator pedal being depressed too much. On the other hand, in the present invention, such overshoot is reliably eliminated.
図５中時刻４９［ｓ］において示すように、比較例１では車速がトレランスを逸脱してしまうのを防止するあまりブレーキを踏みこんでしまい、車速が大きく低下している。これに対して本願発明では、必要のないタイミングでブレーキが操作されてしまうのを防止できる。 As shown at time 49 [s] in FIG. 5, in the first comparative example, the brake is applied too much to prevent the vehicle speed from deviating from the tolerance, and the vehicle speed is greatly reduced. On the other hand, in the present invention, it is possible to prevent the brake from being operated at an unnecessary timing.
次に、図４の下段を参照して、ブレーキ操作について検証する。図４の下段に示すように、比較例１では必要のないタイミングで頻繁にブレーキが踏み込まれていることが確認できる。また本願発明と比較例２とを比較すると、ブレーキが踏み込まれるタイミングはやや比較例２の方が早い傾向がある。また図４の中段において破線で示すように、幾つかの箇所では比較例２の方が大きくブレーキが踏み込まれてしまうことが確認できる。したがって、本願発明によって生成された目標車速指令を用いることにより、ばたつきのない自然なブレーキ操作がドライブロボットで実現できることが検証された。 Next, the brake operation will be verified with reference to the lower part of FIG. As shown in the lower part of FIG. 4, it can be confirmed that the brake is frequently depressed at a timing unnecessary in Comparative Example 1. Further, when comparing the present invention with Comparative Example 2, the timing at which the brake is depressed tends to be slightly faster in Comparative Example 2. Moreover, as shown by the broken line in the middle part of FIG. 4, it can be confirmed that the brake is depressed more in Comparative Example 2 in some places. Therefore, it has been verified that by using the target vehicle speed command generated by the present invention, a natural braking operation without flapping can be realized by the drive robot.
次に、図４の中段を参照して、アクセル操作について検証する。図４の中段に示すように、比較例１では明らかにアクセルのオン／オフ操作が激しい。すなわち、比較例１では、必要のないタイミングでアクセルが踏み込まれたりリリースされたりする箇所が多い。また本願発明と比較例２とを比較すると、アクセルが踏み込まれたりリリースされたりするタイミングは似ている。しかしながら、特に破線で示した幾つかの箇所では、本願発明よりも比較例２の方がアクセル開度の変化が大きい。したがって、本願発明によって生成された目標車速指令を用いることにより、ばたつきのない自然なアクセル操作がドライブロボットで実現できることが検証された。 Next, the accelerator operation will be verified with reference to the middle part of FIG. As shown in the middle part of FIG. 4, in the comparative example 1, the accelerator on / off operation is clearly intense. That is, in Comparative Example 1, there are many places where the accelerator is depressed or released at unnecessary timing. Further, when the present invention is compared with Comparative Example 2, the timing at which the accelerator is depressed or released is similar. However, the change in the accelerator opening is larger in Comparative Example 2 than in the present invention at some points indicated by broken lines. Therefore, it has been verified that by using the target vehicle speed command generated by the present invention, a natural accelerator operation without flapping can be realized by the drive robot.
１…車速指令生成装置
１１…車速指令生成部（車速生成手段）
１２…極値探索部（極値探索手段）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle speed command production | generation apparatus 11 ... Vehicle speed command production | generation part (vehicle speed production | generation means)
12: Extreme value search unit (extreme value search means)
Claims (6)
前記車両の加速度の二乗に比例した項を含む評価関数の値が極値になるような加速度の値を決定する極値探索手段と、
前記決定された加速度の値を用いて車速指令を生成する車速指令生成手段と、を備え、
前記極値探索手段は、前記車両の速度の値が所定の基準車速指令に対して定められた許容範囲内に収まりかつ前記評価関数の値が極値になるように加速度の値を決定することを特徴とする車速指令生成装置。 When a vehicle speed command corresponding to the speed of the vehicle to be realized is input, a vehicle speed command generation device that generates a vehicle speed command used in the vehicle speed control device for a vehicle speed control device of a drive robot that operates the vehicle according to the vehicle speed command Because
Extreme value search means for determining an acceleration value such that the value of the evaluation function including a term proportional to the square of the acceleration of the vehicle becomes an extreme value;
Vehicle speed command generating means for generating a vehicle speed command using the determined acceleration value,
The extreme value searching means determines an acceleration value so that the speed value of the vehicle is within an allowable range determined for a predetermined reference vehicle speed command and the value of the evaluation function is an extreme value. A vehicle speed command generating device.
前記評価関数は、前記速度の予測値が前記先読み時間後の許容範囲内からその時の速度上限値に近づくと大きくなりかつ前記速度の予測値が前記先読み時間後の許容範囲内からその時の速度下限値に近づくと大きくなる先読みバリア関数項をさらに含むことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の車速指令生成装置。 The extreme value search means calculates a predicted value of the speed after a predetermined look-ahead time based on the current value of the acceleration,
The evaluation function is increased when the predicted value of the speed approaches the upper speed limit at that time from within the allowable range after the pre-reading time and the predicted value of the speed is within the allowable range after the pre-reading time and the lower speed limit at that time. The vehicle speed command generation device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a look-ahead barrier function term that increases as the value approaches.
前記車両の加速度の二乗に比例した項を含む評価関数の値が極値になるような加速度の値を決定する極値探索工程と、
前記決定された加速度の値を用いて車速指令を生成する車速指令生成工程と、を備え、
前記極値探索工程では、
前記車両の速度の値が所定の基準車速指令に対して定められた許容範囲内に収まりかつ前記評価関数の値が極値になるように加速度の値を決定することを特徴とする車速指令生成方法。 Vehicle speed command generation method for generating a vehicle speed command used in a vehicle speed control device for a vehicle speed control device of a drive robot that operates a vehicle according to the vehicle speed command when a vehicle speed command corresponding to the speed of the vehicle to be realized is input Because
An extreme value search step for determining an acceleration value such that the value of the evaluation function including a term proportional to the square of the acceleration of the vehicle becomes an extreme value;
A vehicle speed command generating step for generating a vehicle speed command using the determined acceleration value, and
In the extreme value search step,
Vehicle speed command generation characterized in that an acceleration value is determined so that a value of the vehicle speed falls within an allowable range determined with respect to a predetermined reference vehicle speed command and the value of the evaluation function becomes an extreme value. Method.
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