JP7165204B2 - 操舵制御装置、操舵制御方法、及び操舵制御システム - Google Patents
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Description
また、横揺れ運動を抑制するためのブレーキ作動によって、車両の速度が変化してしまうという課題があった。
図1は、操舵制御システムの概略構成図である。
図1の車両10は、トレーラ50(被牽引車)を牽引する牽引車(トラクタ)であり、車両10とトレーラ50とは、例えばヒッチボールとヒッチカプラとからなるヒッチ部19(連結器)によって連結する。
また、車両10は、運転者が操作する操舵輪(ステアリングホイール)13の入力及び操舵制御装置30(操舵制御部)からの指令によって前輪11,11の操舵角を操作する前輪操舵装置14、操舵制御装置30からの指令によって後輪12,12の操舵角を操作する操舵アクチュエータを有した後輪操舵装置16を備える。
なお、操舵制御装置30は、MPU(Microprocessor Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などを有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置である。
例えば、前輪操舵装置14は、操舵輪13と前輪11,11との間に機械的な結合を持たず、前輪11,11を転舵する操舵アクチュエータ、操舵反力を運転者に伝達するための操舵反力アクチュエータ、及び制御器を備え、操舵輪13の角度情報(角度信号)などに基づく舵角指令に応じて、制御器が操舵アクチュエータ及び操舵反力アクチュエータを制御するステアバイワイヤ操舵システムである。
なお、第1外界認識センサ17,第2外界認識センサ18(外界認識部)は、例えば単眼カメラと当該単眼カメラの画像を処理する画像処理部とを有し、画像処理によって、走行車線、障害物、トレーラ運動などの認識情報を取得する。
また、第1外界認識センサ17,第2外界認識センサ18は、ステレオカメラやレーザレーダなどの形状認識装置によって、走行車線、障害物、トレーラ運動などの認識情報を取得することもできる。
そして、連結車に横揺れ運動が発生すると、トレーラ50は、その垂直軸周りに振動しかつヒッチ部19を介して車両10を振動させ、連結車の安定性を損なうことになる。
また、操舵制御装置30は、前輪操舵角と後輪操舵角の操舵配分により、トレーラ安定化制御と同時に、車両10の進行方向であるヨー回転方向の運動の変化を抑制するので、運転者の修正操舵を必要とせずに運転者の操作の負担を抑制することができる。
横揺れ運動(ヨーレート)に関する情報には、例えば、トレーラ50のヨーレート,ロール情報,横加速度や、ヒッチ部19(連結器)に加わる力、連結角、車両10のヨーレート,横加速度などが含まれる。
操舵制御装置30は、運転者20が操作するアクセルペダル21からのアクセル開度情報AO、運転者20が操作するブレーキペダル22からのブレーキ開度情報BO、運転者20が操作する操舵輪13の角度情報などを含む運転者操作情報を入力する。
更に、操舵制御装置30は、車速センサ23からの車両10の車体速度である車速Vに関する情報、前後G/左右G/ヨーレートセンサ24からの前後加速度、左右加速度、及びヨーレートに関する情報を入力する。
情報処理部31は、運転者操作情報、外界認識情報及び運動状態の情報、更に、メモリに記憶してある車両10及びトレーラ50の車両諸元情報に基づき、連結車の運動状態を算出する。
トレーラ運動制御部33は、トレーラ状態推定部32が推定したトレーラ50の運動状態を安定化させるための制御入力を生成する。
アクチュエータ制御部34は、トレーラ運動制御部33が生成した制御入力を実現するため、前輪操舵装置14及び後輪操舵装置16の操舵アクチュエータに舵角指令(第1舵角指令、第2舵角指令)を出力して前輪操舵角及び後輪操舵角を制御する。
車両10及びトレーラ50からなる連結車において、車両10の重心10A回りのヨー回転運動Y1は、主に車両10の前輪11,11に路面から伝わる力Ff、車両10の後輪12,12に路面から伝わる力Fr、及び、ヒッチ部19にトレーラ50側から加わり車両10に伝わる力Fhによって発生する。
そして、車両10における力Ff及び力Frは、前輪操舵角δf、後輪操舵角δr、横滑り角、速度などの車両10の運動状態によってその大きさが決まる。
そして、操舵制御装置30は、車両10単体の場合での推定ヨーレートと、連結車で車両10に実際に発生しているヨーレートとを比較することで、力Fh(トレーラ外力)を推定できる。
以上のように、操舵制御装置30は、ヒッチ部19に加わる力Fh(トレーラ外力)及びトレーラ50の走行輪51,51に路面から伝わる力Flを推定することで、トレーラ50のヨーレートなどの状態を推定できる。
ここで、連結車の横揺れによって車両10及びトレーラ50に発生するヨーレートは周期的に変動するから、操舵制御装置30による前後輪操舵角の制御は、横揺れ運動に対して逆位相となる周期的なヨーモーメントを発生させる指令になる。
なお、トレーラ50にヨーレートセンサや加速度センサを搭載することで、操舵制御装置30は、トレーラ50の走行輪51,51に路面から伝わる力Flを、センサ出力から直接求めることができる。
操舵制御装置30は、まず、アクセル開度情報AO、ブレーキ開度情報BO、及び操舵輪角度情報などの運転者操作情報301や、前輪操舵角300、後輪操舵角302の情報などを、車両諸元に基づいた車両モデル303へ入力し、車両10単体時の理論車両応答304を算出する。
そして、操舵制御装置30は、理論車両応答304と実車両応答306との差分に基づき、車両10に加わるトレーラ外力307(ヒッチ部19にトレーラ50側から加わり車両10に伝わる力Fh)を推定する。
そして、操舵制御装置30は、トレーラ50のヨー運動を抑制するヨーモーメントをトレーラ運動制御309によって算出し、トレーラ50のヨー運動を抑制するヨーモーメントを発生させるために、前後操舵配分比310に応じて前輪操舵角300及び後輪操舵角302を変化させる。
なお、操舵制御装置30は、トレーラ50に搭載したヨーレートセンサや加速度センサ、ヒッチ部19の角度を計測するセンサなどを用いて、トレーラ運動の計測を行うことができる。
また、操舵制御装置30は、運転者操作情報301に基づき運転者の意図を読み取ることで、車両の進行方向を変化させずにトレーラ50のヨー運動を抑制するヨーモーメントを前輪操舵及び後輪操舵によって発生させるために、前輪操舵と後輪操舵の配分を変化させることができる。
図5において、x、y、zは車両10の座標系の座標軸である。この座標系において、座標軸xの正方向は車両10の前方向で、座標軸yの正方向は車両10の左方向で、座標軸zの正方向は車両10の上方向である。
また、xt、yt、ztは、トレーラ50の座標系の座標軸である。この座標系において、座標軸xtの正方向はトレーラ50の前方向で、座標軸ytの正方向はトレーラ50の左方向で、座標軸ztの正方向はトレーラ50の上方向である。
また、mvは車両10の質量、Jvzzは車両10のヨー慣性モーメント、ψは車両10のヨー角(ドットはヨー角速度)、mtはトレーラ50の質量、Jtzzはトレーラ50のヨー慣性モーメント、ψtはトレーラ50のヨー角(ドットはヨー角速度)である。
また、fxfは車両10の前輪11,11の縦方向のタイヤ力で正方向を車両10の前方向とする。fyfは車両10の前輪11,11の横方向のタイヤ力で正方向を車両10の左方向とする。fxrは車両10の後輪12,12の縦方向のタイヤ力で正方向を車両10の前方向とする。fyrは車両10の後輪12,12の横方向のタイヤ力で正方向を車両10の左方向とする。
また、fxtはトレーラ50の走行輪51,51の縦方向のタイヤ力で正方向をトレーラ50の前方向とし、fytはトレーラ50の走行輪51,51の横方向のタイヤ力で正方向をトレーラ50の左方向とする。
また、εはヒッチ角である。
そして、操舵制御装置30は、推定したトレーラ50の運動に基づき、トレーラ安定化制御(後輪操舵制御)を行う。
操舵制御装置30は、まず、ステップS501で、前輪操舵角δfなどの運転者の操作情報を取得する。
また、操舵制御装置30は、ステップS502で、車載センサが検出した車両10のヨーレート、車速などの車両運動情報(車載センサ情報)を取得する。
そして、操舵制御装置30は、ステップS504で、理論車両応答と実車両応答との差分に基づき、トレーラ外力(ヒッチ部19にトレーラ50側から加わり車両10に伝わる力Fh)を求める。
そして、操舵制御装置30は、ステップS506で、ステップS504で求めたトレーラ外力、車両10とトレーラ50との相対位置に基づき、トレーラ50のヨーレートなどのトレーラ状態を推定する。
ここで、車両10のヨーレートとトレーラ50のヨーレートとの差分の絶対値が閾値を超えていない場合、操舵制御装置30は、ステップS501に戻り、トレーラ安定化制御を実施しない。
次いで、操舵制御装置30は、ステップS509に進み、ステップS508で求めたヒッチ力を発生させ、かつ運転者20が操作する操舵輪13の角度情報に基づく車両の進行方向を維持するための前後操舵配分比を求める。
また、運転者が予めヒッチ力の発生と車両10の進行方向の維持とのバランスを設定し、当該バランスに応じた前後操舵配分比を操舵制御装置30が用いることもできる。
次に、操舵制御装置30は、ステップS511に進み、目標前輪操舵角δf及び後輪操舵角δrに基づき前輪操舵装置14及び後輪操舵装置16(操舵アクチュエータ)を制御する。
そして、操舵制御装置30は、係る後輪操舵制御によって、車両10のヨーレートとトレーラ50のヨーレートとの差が小さくなるようにトレーラ50の運動を制御する。
操舵制御装置30は、ステップS601で、ステップS508で求めたヒッチ力を読み込み、次のステップS602で、ヒッチ力の絶対値が閾値を超えているか否かを判断する。
ここで、ヒッチ力の絶対値が閾値を超えている場合、操舵制御装置30は、ステップS603に進み、車両10の進行方向の維持よりもヒッチ力の発生を優先させる前後操舵配分比としてA2を選択する。
ここで、ヒッチ力の発生と、運転者20が操作する操舵輪13の角度情報に基づく車両10の進行方向の維持のバランスを決定する運転者設定値が設定されている場合、操舵制御装置30は、ステップS605に進み、ヒッチ力の発生と、運転者20が操作する操舵輪13の角度情報に基づく車両の進行方向の維持のバランス(運転者設定値)を実現する前後操舵配分比としてA3を選択する。
車両10の運転者が操舵輪13を操作し前輪操舵角δfが変化すると、操舵制御装置30が車速や車両諸元に基づき算出する車両10単体での理論車両ヨーレート(理論車両応答)が前輪操舵角δfの変化に応じて応答変化する。
このとき、操舵制御装置30が求めるトレーラ50のヨーレートの推定値は、トレーラ外力に応じた変動を示す。
係る操舵制御によって、トレーラ50のヨーレートが安定化する。
また、操舵角の制御によって発生させることができるヨーモーメントは、自動ブレーキによって発生させることができるヨーモーメントよりも大きいから、自動ブレーキでヨーモーメントを発生させる場合よりも、より大型のトレーラ50を連結した車両10で走行を安定化させることが可能となる。
更に、前輪及び後輪で発生させるヨーモーメントの配分を変化させることで、操舵角制御によって車両の進行方向を変化させずにヨーモーメントを発生させることが可能となる。
また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
係るパワーステアリング装置を備えた車両10の場合、トレーラ安定化制御によって前輪操舵角を変化させることで操舵輪13の角度が変わり、運転者に違和感を与える可能性があるが、運転者は、連結車の横揺れ運動が発生したことを操舵輪13の角度変化に基づき認知できる。
つまり、操舵制御装置30がパワーステアリング装置を備えた車両10においてトレーラ安定化制御を実施する場合、トレーラ安定化制御による前輪舵角指令(第1舵角指令)は、操舵輪13の舵角を変更する修正舵角指令となる。
一方、ステアバイワイヤ方式の操舵装置を備えた車両10の場合、トレーラ安定化制御によって前輪操舵角を変化させても操舵輪13の角度変化が生じず、運転者に違和感を与えることを抑止できる。
Claims (8)
- トレーラを牽引する車両の操舵制御装置であって、
前記トレーラのヨー運動に関する情報を取得し、
前記ヨー運動に関する情報に基づき、前記トレーラのヨー運動に対して逆位相となる周期的なヨーモーメントを発生させるために、前記車両と前記トレーラとを連結するヒッチ部で発生させるヒッチ力を求め、
前記ヒッチ力に基づき前後操舵配分比を求め、
前記ヒッチ力と前記前後操舵配分比とに基づき、前記車両の前輪の操舵角を制御するための第1舵角指令と、前記車両の後輪の操舵角を制御するための第2舵角指令と、を求め、
求められた前記第1舵角指令を前記前輪の操舵角を制御する前輪操舵制御部へ出力し、前記第2舵角指令を前記後輪の操舵角を制御する後輪操舵制御部へ出力する、
操舵制御装置。 - 請求項1記載の操舵制御装置であって、
前記ヒッチ力が閾値を超えているときは、前記ヒッチ力が前記閾値以下であるときに比べて、前記車両の進行方向の維持よりも前記ヒッチ力の発生を優先する前記前後操舵配分比を選択する、
操舵制御装置。 - 請求項2記載の操舵制御装置であって、
前記ヒッチ力が前記閾値以下であるときに、前記車両の運転者が設定した前記車両の進行方向の維持と前記ヒッチ力の発生とのバランスを実現する前記前後操舵配分比を選択する、
操舵制御装置。 - 請求項1記載の操舵制御装置において、
前記前輪操舵制御部は、ステアバイワイヤ方式である、
操舵制御装置。 - 請求項1記載の操舵制御装置において、
前記車両と前記トレーラとを連結するヒッチ部に加わる前記トレーラの外力と、外界認識部で取得された前記車両の外界に関する情報とに基づき、前記トレーラのヨー運動を求める、
操舵制御装置。 - 請求項5記載の操舵制御装置において、
前記外界認識部は、前記トレーラの運動を認識し、
前記トレーラの運動に関する情報に基づき、前記トレーラの走行輪に路面から伝わる力を推定し、
前記ヒッチ部に加わる前記トレーラの外力と、前記トレーラの走行輪に路面から伝わる力とに基づき、前記トレーラのヨー運動を求める、
操舵制御装置。 - トレーラを牽引する車両が備える操舵制御装置が実行する、操舵制御方法であって、
前記トレーラのヨー運動に関する情報を取得し、
前記ヨー運動に関する情報に基づき、前記トレーラのヨー運動に対して逆位相となる周期的なヨーモーメントを発生させるために、前記車両と前記トレーラとを連結するヒッチ部で発生させるヒッチ力を求め、
前記ヒッチ力に基づき前後操舵配分比を求め、
前記ヒッチ力と前記前後操舵配分比とに基づき、前記車両の前輪の操舵角を制御するための第1舵角指令と、前記車両の後輪の操舵角を制御するための第2舵角指令と、を求め、
求められた前記第1舵角指令を前記前輪の操舵角を制御する前輪操舵制御部へ出力し、前記第2舵角指令を前記後輪の操舵角を制御する後輪操舵制御部へ出力する、
操舵制御方法。 - トレーラを牽引する車両の操舵制御システムであって、
前記車両の運動状態に関する情報を取得する車両運動状態取得部と、
前記車両の外界に関する情報を取得する外界認識部と、
操舵制御部であって、
前記車両運動状態取得部によって取得された前記車両の運動状態に関する情報と、前記外界認識部によって取得された前記車両の外界に関する情報と、に基づき求められた前記トレーラのヨー運動に関する情報を取得し、
前記ヨー運動に関する情報に基づき、前記トレーラのヨー運動に対して逆位相となる周期的なヨーモーメントを発生させるために、前記車両と前記トレーラとを連結するヒッチ部で発生させるヒッチ力を求め、
前記ヒッチ力に基づき前後操舵配分比を求め、
前記ヒッチ力と前記前後操舵配分比とに基づき、前記車両の前輪の操舵角を制御するための第1舵角指令と、前記車両の後輪の操舵角を制御するための第2舵角指令と、を出力する、
前記操舵制御部と、
前記操舵制御部より出力された前記第1舵角指令を取得し前記車両の前輪の操舵角を制御する前輪操舵装置と、
前記操舵制御部より出力された前記第2舵角指令を取得し前記車両の後輪の操舵角を制御する後輪操舵装置と、
を備える操舵制御システム。
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