WO2020003597A1 - 車両制御装置、および、特性推定方法 - Google Patents

車両制御装置、および、特性推定方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a vehicle control device that controls the motion of a vehicle, and a characteristic estimation method used in the vehicle control device.
  • the present invention estimates the characteristics of a trailer to be towed, and uses it for vehicle control, so that when the trailer is towed, And a characteristic estimating method.
  • Patent Document 1 is known as a conventional technique for stabilizing the attitude of a tractor (hereinafter, referred to as a “connected vehicle”) that pulls a trailer.
  • Claim 1 of the same document states that "a brake pressure sensor for detecting a brake fluid pressure, a wheel rotation sensor for detecting a wheel rotation speed, and a time differential value of a vehicle speed obtained based on an output of the wheel rotation sensor.
  • Means for calculating the acceleration and deceleration of the vehicle by calculating, and a map in which the relationship of the deceleration of the vehicle to the brake fluid pressure is recorded in advance with the vehicle mass as a parameter, and when the time differential value indicates a deceleration state Means for estimating a corresponding mass on the map from characteristics of deceleration calculated by the means for calculating the fluid pressure of the brake measured by the brake pressure sensor.
  • Mass estimator ".
  • Patent Literature 1 the mass of a connected vehicle including a tractor and a trailer is estimated. However, since the position of the center of gravity and the moment of inertia that affect the lateral movement of the connected vehicle are not estimated, the center of gravity of the trailer is affected by the load loaded. When the position or the moment of inertia changes, the posture of the connected vehicle when turning may not be stable.
  • a vehicle control device of the present invention is mounted on a tractor for towing a trailer, and controls a steering angle of wheels of the tractor independently of steering by a driver.
  • the characteristic estimating method of the present invention is a characteristic estimating method for estimating a characteristic of a trailer towed by a tractor, wherein a steering angle control step of controlling a steering angle of a wheel of the tractor independently of steering by a driver. And a characteristic estimating step of estimating the characteristics of the trailer based on the behavior of the tractor during wheel steering in the steering angle control step.
  • the posture of the connected vehicle during traveling can be further stabilized.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a connected vehicle according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram of a main part of the coupled vehicle according to the first embodiment. It is a figure which shows the relationship between the gain of the tractor yaw rate, and the trailer inertia moment or the position of the center of gravity when the rear wheel steering angle is slightly changed at a frequency of 0.5 Hz.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a gain of a tractor yaw rate and a trailer inertia moment or a center of gravity position when a rear wheel steering angle is minutely changed at a frequency of 1 Hz.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a situation in which the connected vehicle is controlled using the trailer characteristics estimated in the first embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram of a main part of a connected vehicle according to a second embodiment.
  • Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of the connected vehicle 100 according to the first embodiment.
  • the connected vehicle 100 of the present embodiment has a tractor 10 on which a driver rides and a trailer 20 on which luggage is loaded are connected by a connecting portion 21 that allows rotation about a rotation axis perpendicular to the paper surface. It is.
  • the distance the tractor axle distance L of the front wheel shaft and the rear wheel shaft of the wheel 8 of the tractor 10 the distance from the connecting portion 21 to the center of gravity position 22 of the trailer 20 and the trailer centroid distance L t.
  • the tractor 10 is equipped with the same equipment as the conventional tractor such as the steering wheel 4.
  • the vehicle control device 1 is a computer including an arithmetic device such as a CPU, a main storage device such as a semiconductor memory, an auxiliary storage device such as a hard disk, and hardware such as a communication device. Then, by referring to the database recorded in the auxiliary storage device, the arithmetic device executes the program loaded in the main storage device to realize each function described later. The description will be given while omitting as appropriate.
  • the tractor 10 includes a drive system (not shown, an engine, a transmission, a brake device, and the like) for controlling the acceleration, and a control unit (ECU, ATCU, brake control device 3, and the like, not shown) for controlling the drive system. Yes.
  • the tractor 10 also transmits a command to each control unit, a vehicle control device 1, a vehicle condition sensor 2 for acquiring vehicle motion condition information, a front wheel power steering device 6, a rear wheel power steering device 7, and connects these components. It has a communication line.
  • the vehicle state sensor 2 is a sensor that acquires the yaw rate of the tractor 10, the acceleration in the front-rear direction, the acceleration in the left-right direction, the wheel speed of each wheel, and the like, and is actually composed of a plurality of sensors.
  • the front wheel power steering device 6 includes a steering wheel 4, a steering sensor 5 for detecting a steering torque and a steering angle when the driver steers the steering wheel 4, a front wheel rack shaft 6a connected to the front wheels via a link, and a front wheel rack shaft 6a. And a front-wheel steering angle control unit 6c for giving a command to the front-wheel power steering motor 6b based on the value detected by the steering sensor 5.
  • the front wheel power steering device 6 generates thrust by a front wheel power steering motor 6b based on torque (and / or steering angle) generated by the driver steering the steering wheel 4 and detected by the steering sensor 5, and Assist the operation.
  • the rear wheel power steering device 7 includes a rear wheel rack shaft 7a connected to the rear wheel via a link, a rear wheel power steering motor 7b for applying thrust to the rear wheel rack shaft 7a, and the vehicle control device 1. And a rear wheel steering angle control unit 7c for giving a command to the rear wheel power steering motor 7b based on the above command.
  • the rear wheel power steering device 7 generates thrust by the rear wheel power steering motor 7b based on a command from the vehicle control device 1 independently of the operation of the steering wheel 4 by the driver so that the rear wheels can be steered.
  • FIG. 2 is a block diagram of a main part of a configuration used when the vehicle control device 1 of the tractor 10 estimates the characteristics (center of gravity position, moment of inertia) of the trailer 20.
  • the vehicle control device 1 and the rear wheel power steering 2 shows a relationship between respective elements of the device 7 and a configuration in which a trailer characteristic estimating unit 1 a is arranged in the vehicle control device 1.
  • the characteristic estimation by the trailer characteristic estimating unit 1a is performed when the connected vehicle 100 is traveling substantially straight at a substantially constant speed
  • the front wheel power steering device 6 controlled by the steering of the steering wheel 4 in FIG. Are not shown.
  • the vehicle control device 1 when estimating the characteristics of the trailer 20, the vehicle control device 1 gives a predetermined steering angle command to the rear wheel steering angle control unit 7c independent of the steering by the driver, and controls the rear wheel steering angle.
  • the unit 7c gives a torque command based on the steering angle command to the rear wheel power steering motor 7b.
  • the steering angle command given from the vehicle control device 1 to the rear wheel steering angle control unit 7c is, for example, a sine wave having a specific frequency and amplitude, whereby the steering angle of the rear wheels of the tractor 10 changes in a sine wave shape.
  • a steering angle command that provides a small steering angle whose amplitude is limited to 0.2 m / s 2 or less.
  • Steering based on the steering angle command causes a yaw rotation motion and a lateral acceleration in the tractor 10, so that the vehicle state sensor 2 can detect the yaw rate and the lateral acceleration vibration.
  • the yaw rate gain and the amplitude of the yaw rate and lateral acceleration vibration of the tractor 10 relative to the wheel steering angle [delta] r after which changes at a constant frequency it is possible to detect the phase with time delay.
  • the trailer characteristic estimating unit 1a of the vehicle motion control unit 1 determines the characteristics of the trailer (the position of the center of gravity and the center of gravity) based on the observed gain and phase. Parameters such as moment of inertia). Details of the method will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the gain of the tractor yaw rate and the trailer characteristics when the vehicle control device 1 slightly changes the rear wheel steering angle at a frequency of 0.5 Hz in the connected vehicle 100 under certain conditions. is there.
  • 3 (a) is a result of changing the loading position of the luggage trailer 20, while maintaining the other parameters, if the moment of inertia I t of the trailer 20 has changed from its reference value (the reference inertia moment indicated by a broken line) 5 is a graph showing a yaw rate gain with respect to a rear wheel steering angle.
  • both located in a substantially proportional relationship with increasing reduction of the moment of inertia I t, it can be seen that the gain decreases increases.
  • 3 (b) is a result of changing the loading position of the luggage trailer 20, while maintaining the other parameters, if changed from the trailer barycentric length L t is a reference value (reference gravity center position indicated by a broken line) 5 is a graph showing a yaw rate gain with respect to a rear wheel steering angle. In this example, both located in a substantially proportional relationship, with increasing reduction of the trailer barycentric length L t, it can be seen that the gain decreases increases.
  • FIG. 4 shows the relationship between the gain of the tractor yaw rate and the trailer characteristic when the rear wheel steering angle is slightly changed at a frequency of 1 Hz in the connected vehicle 100 under the same conditions as in FIG. FIG.
  • the change amount ⁇ G 1 from the reference value of the gain is, when there are a plurality of change factors, approximately the gain change amount for each of the factors. If the two factors, for example, the above-mentioned moment of inertia and the distance of the center of gravity of the trailer are the factors of change, ⁇ G 1 is the amount of change caused by the change in the moment of inertia and the amount of change caused by the change in the distance of the center of gravity of the trailer Can be estimated to be the sum of
  • the amount of change ⁇ G 2 from the reference value of the gain when the rear wheel steering angle of the tractor 10 is finely steered at a frequency of 1 Hz is based on the amount of change caused by the change in the moment of inertia and the change caused by the change in the center of gravity of the trailer. It can be estimated that it is the sum of the changes.
  • [Delta] I t is the amount of change from the reference value of the moment of inertia of the trailer 20
  • [Delta] L t is the amount change from baseline trailer centroid distance
  • AI 1 is minutely the rear wheel at a frequency of 0.5Hz slope when the gain variation of the relative change in [Delta] I t obtained while steering approximated by a linear equation
  • AL 2 is a gain for a change in [Delta] L t when minutely to steer the rear wheels at a frequency of 0.5Hz change the inclination of when approximated by a linear equation
  • AI 2 is the slope when approximated by a linear equation of the change in gain with respect to a change in [Delta] I t obtained while steering the finely rear wheel at a frequency of 1 Hz
  • AL 2 is is the slope, when the change in gain is approximated by a linear equation with respect to a change in [Delta] L t obtained while steering the rear wheels minutely at a frequency of
  • the trailer characteristic estimating unit 1a estimates the desired characteristic of the trailer 20 using Expressions 1 to 6. can do. However, when there is a change in the weight of the load loaded on the trailer 20, another estimation method needs to be used.
  • the amount of change in the gain can be estimated to be the sum of the amount of change due to the change in the moment of inertia, the amount of change due to the change in the center of gravity of the trailer, and the amount of change due to the mass of the trailer. Therefore, the amounts of change in gain at three frequencies (for example, 0.5 Hz, 1 Hz, and 1.5 Hz) are expressed by Expressions 7 to 9.
  • ⁇ G n is the gain change amount of the n-th frequency
  • AI n is the slope when the gain change amount with respect to the change of the inertia moment is approximated by a linear expression
  • AL n is the gain with respect to the change of the trailer center-of-gravity distance.
  • Am n is the slope in the case of approximating the gain variation with respect to the change of the trailer mass by a linear equation
  • Delta] m t is the change amount from the reference value of the trailer mass .
  • the change amount is assumed to be a linear equation, and the simultaneous equations are solved.
  • the equation need not be a linear equation, and may be estimated using a higher-order equation, a map, or the like.
  • the yaw rate gain may be estimated from responses at a plurality of speeds.
  • the estimation may be made from the lateral acceleration instead of the yaw rate, and the phase instead of the gain.
  • an input in which a plurality of frequencies are superimposed may be given to the rear wheel steering angle, and the parameters of the trailer 20 may be estimated from its response.
  • An impulse response may be input to the wheel steering angle and estimated from the response. Further, although it is described that the vehicle is traveling straight ahead, the vehicle may be traveling when the front wheels are being steered. In this case, the estimation can be similarly performed by obtaining the gain by subtracting the influence of the front wheel steering.
  • a command is given to each actuator based on the result of estimation of the characteristics of the trailer 20 described above
  • a thrust is generated by the front wheel power steering motor 6b in response to a torque command from the front wheel steering angle control unit 6c based on the driver's operation
  • a turning force is generated in the coupled vehicle 100.
  • the electric power steering apparatus using a motor is shown here, a hydraulic power steering system that assists thrust based on a driver's operation may be used.
  • the vehicle motion control unit 1 calculates a steering angle command to the rear wheel steering angle control unit 7c based on the estimation result of the trailer parameter estimating unit 1a, the vehicle motion state, and the steering information of the driver.
  • the rear wheel steering angle control unit 7c generates a torque command to the motor 28 of the rear wheel power steering based on this command.
  • K sf is called a stability factor, and is a function of the trailer mass and the trailer center of gravity distance.
  • V is the speed of the vehicle.
  • R can be matched to the R 0.
  • R is a function of K sf , that is, a function of the trailer mass, the trailer center of gravity distance, and the vehicle speed, and can be calculated using the estimation result of the trailer parameter estimation unit and the vehicle speed obtained from the vehicle state sensor 2.
  • the vehicle control device 1 by using the characteristics of the trailer 20 estimated by the trailer characteristic estimating unit 1a and Expressions 14 to 17, even when the parameter of the trailer 20 changes from the reference value, It is possible to turn the connected vehicle 100 with the same turning radius at the same front wheel steering angle as described above, and it is possible to improve stability and operability.
  • the estimated moment of inertia I t of the trailer 20 the centroid distance L t, weight, vehicle control device 1, a steering in line with the current state of the trailer 20, and can realize the acceleration control, the turning It is possible to enhance the stability of the posture at the time.
  • control method is not limited to this, and various methods can be considered.
  • a command may be given to the brake control device 3 to apply different brake pressures to the left and right wheels to generate torque in the rotation direction.
  • the present embodiment it is possible to estimate parameters such as the position of the center of gravity and the moment of inertia of the trailer 20 without adding an additional sensor.
  • the connected vehicle 100 By controlling the connected vehicle 100 using these, the connected vehicle 100 It is possible to improve stability and operability during traveling (particularly during turning).
  • the front wheel power steering device 6 that directly transmits the steering wheel operating force of the driver is used.
  • the steering wheel operating force of the driver is not transmitted, that is, the so-called steer-by-wire front wheel.
  • the power steering device 6 is used.
  • the predetermined steering angle command is given to the rear wheel power steering device 7, whereas in the present embodiment, the predetermined steering angle command is given to the front wheel power steering device 6. give.
  • the steering command can be given to the front wheels independently of the steering operation of the driver because of the steer-by-wire system.
  • the steering angle command given to the front wheel power steering device 6 is, for example, a sine wave of a specific frequency and amplitude, whereby the steering angle of the front wheels is generated as a sine wave.
  • the amplitude of the steering angle may be limited so that a lateral acceleration is generated in the tractor 10 but the acceleration cannot be detected by a person (for example, 0.2 m / s 2 or less).
  • the vehicle state sensor 2 detects the yaw rate and the lateral acceleration vibration.
  • the gain according to the time lag with respect to wheel steering angle [delta] r after at a constant frequency.
  • a method of estimating the moment of inertia, the position of the center of gravity, and the mass of the trailer 20 from the gain or the phase is obtained by the same method as in the first embodiment. Further, control based on the estimation result can also be performed for the front wheel power steering device 6.
  • the device includes the rear wheel power steering device 7, the rear wheels may be controlled. Further, instead of the power steering device, it may be used for controlling a brake or a driving device.
  • parameter estimation is possible by steering only the front wheels, and a power steering device for the rear wheels is not required, so that a simpler system can be realized.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, but includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all configurations.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment.
  • Reference Signs List 100 connected vehicle, 1 vehicle control device, 2 vehicle condition sensor, 3 brake control device, 4 steering wheel, 5 steering sensor, 6 front wheel power steering device, 6a front wheel rack shaft, 6b front wheel power steering motor, 6c front wheel steering angle control unit, Reference Signs List 7 rear wheel power steering device, 7a rear wheel rack shaft, 7b rear wheel power steering motor, 7c rear wheel steering angle control unit, 8 wheels, 10 tractor, 20 trailer, 21 connection part, 22 center of gravity of trailer, L between tractor axles Distance, L t trailer center of gravity distance, ⁇ f front wheel steering angle, ⁇ r rear wheel steering angle

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Abstract

本発明の課題は、トレーラの重心位置や慣性モーメントを推定し、これを連結車両の制御に供することで、連結車両の走行時の姿勢をより安定化できるようにすることである。 本発明の車両制御装置は、トレーラを牽引するトラクタに搭載される車両制御装置であって、ドライバによる操舵とは独立して前記トラクタの車輪の舵角を制御する舵角制御部と、該舵角制御部による車輪操舵時の前記トラクタの挙動に基づき前記トレーラの特性を推定するトレーラ特性推定部と、を具備することを特徴とする。

Description

車両制御装置、および、特性推定方法
　本発明は、車両の運動を制御する車両制御装置と、その車両制御装置で用いられる特性推定方法に関し、特に、牽引するトレーラの特性を推定し、これを車両制御に用いることで、トレーラ牽引時の連結車両の運動をより安定化させる車両制御装置、および、特性推定方法に関する。
　トレーラを牽引したトラクタ（以下、「連結車両」と称する）の姿勢を安定化させるための従来技術として、例えば、特許文献１が知られている。
　同文献の請求項１には、「ブレーキの流体圧力を検出するブレーキ圧センサと、車輪回転速度を検出する車輪回転センサと、この車輪回転センサの出力を基に得た車速の時間微分値を演算することにより車両の加速度および減速度を演算する手段と、ブレーキ流体圧力に対する車両の減速度の関係を車両質量をパラメータとしてあらかじめ記録したマップとを備え、前記時間微分値が減速状態を示すとき、前記ブレーキ圧センサにより計測されたブレーキの流体圧力に対して前記演算する手段により算出された減速度の特徴から前記マップ上で該当する質量を推定する手段を備えたことを特徴とする車両の質量推定装置」が記載されている。
特開２０００－１９００２号公報
　特許文献１では、トラクタとトレーラからなる連結車両の質量を推定するが、連結車両の横方向運動に影響のある重心位置や慣性モーメントを推定していないため、積載する荷物の影響でトレーラの重心位置や慣性モーメントが変化した場合には、連結車両の旋回時の姿勢が安定しないこともあった。
　そこで、本発明では、トレーラの重心位置や慣性モーメントを推定し、これを連結車両の制御に供することで、連結車両の旋回時の姿勢をより安定化できるようにすることを目的とする。
　上記の目的を達成するため、本発明の車両制御装置は、トレーラを牽引するトラクタに搭載されるものであって、ドライバによる操舵とは独立して前記トラクタの車輪の舵角を制御する舵角制御部と、該舵角制御部による車輪操舵時の前記トラクタの挙動に基づき前記トレーラの特性を推定するトレーラ特性推定部と、を具備するものとした。
　また、本発明の特性推定方法は、トラクタに牽引されるトレーラの特性を推定する特性推定方法であって、ドライバによる操舵とは独立して前記トラクタの車輪の舵角を制御する舵角制御ステップと、該舵角制御ステップによる車輪操舵時の前記トラクタの挙動に基づき、前記トレーラの特性を推定する特性推定ステップと、を有するものとした。
　本発明によれば、トレーラの重心位置や慣性モーメントを推定し、これを連結車両の制御に供することで、連結車両の走行時の姿勢をより安定化させることができる。
実施例１の連結車両の概略図である。 実施例１の連結車両の主要部のブロック図である。 後輪舵角を０．５Ｈｚの周波数で微小に変化させた場合のトラクタヨーレートのゲインと、トレーラ慣性モーメントまたは重心位置の関係を示す図である。 後輪舵角を１Ｈｚの周波数で微小に変化させた場合のトラクタヨーレートのゲインと、トレーラ慣性モーメントまたは重心位置の関係を示す図である。 実施例１で推定したトレーラ特性を用いて連結車両を制御する状況を説明するブロック図である。 実施例２の連結車両の主要部のブロック図である。
　以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
　本発明の実施例１を、図１から図７を参照して説明する。
　図１は、実施例１の連結車両１００の構成を示した概略図である。ここに示すように、本実施例の連結車両１００は、ドライバが乗車するトラクタ１０と、荷物を積載するトレーラ２０を、紙面垂直方向を回転軸にした回転を許容する接続部２１で連結したものである。以下では、トラクタ１０の車輪８の前輪軸と後輪軸の距離をトラクタ車軸距離Ｌ、接続部２１からトレーラ２０の重心位置２２までの距離をトレーラ重心距離Ｌｔとする。
　トラクタ１０には、本実施例に係る車両制御装置１の他、ハンドル４等の従来トラクタ同等の機器が搭載されている。なお、車両制御装置１は、ＣＰＵ等の演算装置、半導体メモリ等の主記憶装置、ハードディスク等の補助記憶装置、および、通信装置などのハードウェアを備えた計算機である。そして、補助記憶装置に記録されたデータベースを参照しながら、主記憶装置にロードされたプログラムを演算装置が実行することで、後述する各機能を実現するが、以下では、このような周知技術を適宜省略しながら説明する。
　また、トラクタ１０は、加速度を制御する駆動系（図示しない、エンジン、トランスミッション、ブレーキ装置等）、および、この駆動系を制御する制御ユニット（図示しない、ＥＣＵ、ＡＴＣＵ、ブレーキ制御装置３等）を搭載している。また、トラクタ１０は、各制御ユニットに指令を伝達する車両制御装置１、車両運動状態情報を取得する車両状態センサ２、前輪パワーステアリング装置６、後輪パワーステアリング装置７、および、これらを接続する通信ラインを備えている。車両状態センサ２は、トラクタ１０のヨーレート、前後方向の加速度、左右方向の加速度、各車輪の車輪速等を取得するセンサであり、実際には複数のセンサで構成される。
　前輪パワーステアリング装置６は、ハンドル４と、ドライバがハンドル４を操舵する際の操舵トルク、操舵角を検出する操舵センサ５、前輪にリンクを介して接続される前輪ラック軸６ａ、前輪ラック軸６ａに推力を与える前輪パワーステアリングモータ６ｂ、操舵センサ５での検出値を基に前輪パワーステアリングモータ６ｂに対する指令を与える前輪舵角制御ユニット６ｃを有している。この前輪パワーステアリング装置６は、ドライバがハンドル４を操舵したことによって発生し操舵センサ５で検出されるトルク（と／あるいは操舵角）を基に前輪パワーステアリングモータ６ｂで推力を発生し、ドライバの操作をアシストする。
　同様に、後輪パワーステアリング装置７は、後輪にリンクを介して接続される後輪ラック軸７ａ、後輪ラック軸７ａに推力を与えるための後輪パワーステアリングモータ７ｂ、車両制御装置１からの指令に基づき後輪パワーステアリングモータ７ｂに対する指令を与える後輪舵角制御ユニット７ｃを有している。この後輪パワーステアリング装置７は、ドライバのハンドル４の操作とは独立に、車両制御装置１の指令に基づき、後輪パワーステアリングモータ７ｂで推力を発生し後輪を操舵できるようにしている。
　つぎに、図２から図４を用いて、本実施例によるトレーラ特性の推定方法について説明する。
　図２は、トラクタ１０の車両制御装置１が、トレーラ２０の特性（重心位置、慣性モーメント）を推定する際に用いられる構成の主要部のブロック図であり、車両制御装置１と後輪パワーステアリング装置７の各要素の関係や、車両制御装置１内にトレーラ特性推定部１ａが配置される構成を示している。なお、トレーラ特性推定部１ａによる特性推定は、連結車両１００が略一定速度で略直進走行している場合に実施されるため、図２では、ハンドル４の操舵によって制御される前輪パワーステアリング装置６の図示は省略している。
　ここに示すように、トレーラ２０の特性を推定する場合、車両制御装置１は、ドライバによる操舵とは独立した、所定の舵角指令を後輪舵角制御ユニット７ｃに与え、後輪舵角制御ユニット７ｃはその舵角指令に基づくトルク指令を後輪パワーステアリングモータ７ｂに与える。車両制御装置１から後輪舵角制御ユニット７ｃに与えられる舵角指令は、例えば、特定の周波数、振幅の正弦波であり、それによってトラクタ１０の後輪の舵角が正弦波状に変化する。なお、この際、トラクタ１０の後輪の舵角の変化が大きいと、直進走行しているつもりのドライバに違和感を与えるため、トラクタ１０の横方向加速度が人に感知できない程度の大きさ（例えば０．２ｍ／ｓ２以下）となるように振幅を制限した微小な舵角となるような舵角指令を用いるとよい。
　この舵角指令に基づく操舵により、トラクタ１０ではヨー回転運動が発生し、また横方向加速度が発生するため、車両状態センサ２により、ヨーレートや横加速度振動を検知することができる。この際、一定周波数で変化する後輪舵角δｒに対してトラクタ１０のヨーレートや横加速度振動の振幅からヨーレートのゲインや、時間遅れによる位相を検出することができる。
　このゲインや位相はトレーラ２０の慣性モーメントや重心位置に応じて変化することから、車両運動制御部１のトレーラ特性推定部１ａでは、観測されたゲインや位相を基にトレーラの特性（重心位置や慣性モーメント等のパラメータ）を推定する。その方法の詳細について、図３、図４を参照しながら説明する。
　図３は、ある条件下の連結車両１００において、車両制御装置１が、後輪舵角を０．５Ｈｚの周波数で微小に変化させた場合のトラクタヨーレートのゲインとトレーラ特性の関係を示す図である。
　図３（ａ）は、トレーラ２０の荷物の積載位置等を変更した結果、他のパラメータを維持したまま、トレーラ２０の慣性モーメントＩｔが基準値（破線で示す基準慣性モーメント）から変化した場合の、後輪舵角に対するヨーレートのゲインを示すグラフである。この例では、両者は略比例関係にあり、慣性モーメントＩｔの増加減少に伴い、ゲインが増加減少することがわかる。
　また、図３（ｂ）は、トレーラ２０の荷物の積載位置等を変更した結果、他のパラメータを維持したまま、トレーラ重心距離Ｌｔが基準値（破線で示す基準重心位置）から変化した場合の、後輪舵角に対するヨーレートのゲインを示すグラフである。この例では、両者は略比例関係にあり、トレーラ重心距離Ｌｔの増加減少に伴い、ゲインが増加減少することがわかる。
　一方、図４は、図３と同条件下の連結車両１００において、車両制御装置１が、後輪舵角を１Ｈｚの周波数で微小に変化させた場合のトラクタヨーレートのゲインとトレーラ特性の関係を示す図である。
　図４（ａ）、（ｂ）と、図３（ａ）、（ｂ）を比較すれば明らかなように、後輪舵角を
１Ｈｚの周波数で微小に変化させた場合には、後輪舵角を０．５Ｈｚの周波数で微小に変化させた場合とは大きく異なる応答が観測される。これは、一般に、舵角の周波数が違えば、パラメータが変化した際のゲインや位相の応答が異なるからである。
　トラクタ１０の後輪を０．５Ｈｚの周波数で微小に操舵させたときのゲインの基準値からの変化量ΔＧ１は、変化の要因が複数ある場合は、おおむねその要因ごとのゲインの変化量の和で表されることから、たとえば上記の慣性モーメントとトレーラ重心距離の２つが変化の要因であれば、ΔＧ１は慣性モーメントの変化が原因の変化量とトレーラ重心距離の変化が原因の変化量の和であると推定できる。
　同様に、トラクタ１０の後輪舵角を１Ｈｚの周波数で微小に操舵させたときのゲインの基準値からの変化量ΔＧ２は、慣性モーメント変化が起因の変化量とトレーラ重心距離変化が起因の変化量の和であると推定できる。
　そこで、ΔＧ１、ΔＧ２を１次近似式で表せると仮定すると、各々は（式１）、（式２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、ΔＩｔは、トレーラ２０の慣性モーメントの基準値からの変化量、ΔＬｔは、トレーラ重心距離の基準値からの変化量、ＡＩ１は、０．５Ｈｚの周波数で後輪を微小に操舵させたときのΔＩｔの変化に対するゲインの変化を一次式で近似したときの傾き、ＡＬ２は、０．５Ｈｚの周波数で後輪を微小に操舵させたときのΔＬｔの変化に対するゲインの変化を一次式で近似したときの傾き、ＡＩ２は、１Ｈｚの周波数で微小に後輪を操舵させたときのΔＩｔの変化に対するゲインの変化を一次式で近似したときの傾き、ＡＬ２は、１Ｈｚの周波数で微小に後輪を操舵させたときのΔＬｔの変化に対するゲインの変化を一次式で近似したときの傾き、である。
　ここで
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
とおくと、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
としてΔＩｔ、ΔＬｔを求めることができる。すなわち、トレーラ特性推定部１ａでは、以上の式１から式６を用いて、トレーラ２０の慣性モーメントＩｔと重心距離Ｌｔを推定することができる。
　以上で説明したように、トレーラ２０に積載する荷物の重量に変化がなく、積載位置のみを変更する場合、トレーラ特性推定部１ａは、式１から式６により、トレーラ２０の所望の特性を推定することができる。しかしながら、トレーラ２０に積載する荷物の重量に変化がある場合は、別の推定方法を用いる必要がある。
　そこで、以下では、トラクタヨーレートのゲインの変化の要因が、慣性モーメントと、トレーラ重心距離と、トレーラ質量の３つであった場合の、トレーラ２０の特性の推定方法を説明する。
　この場合、ゲインの変化量は慣性モーメント変化が起因の変化量とトレーラ重心距離変化が起因の変化量とトレーラ質量起因の変化量の和であると推定できる。そこで、３つの周波数（例えば、０．５Ｈｚ、１Ｈｚ、１．５Ｈｚ）でのゲインの変化量を式７から式９で表す。
　ここで、ΔＧｎは、ｎ個目の周波数のゲイン変化量、ＡＩｎは、慣性モーメントの変化
に対するゲイン変化量を一次式で近似した場合の傾き、ＡＬｎは、トレーラ重心距離の変化に対するゲイン変化量を一次式で近似した場合の傾き、Ａｍｎは、トレーラ質量の変化に対するゲイン変化量を一次式で近似した場合の傾き、Δｍｔは、トレーラ質量の基準値からの変化量、である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
ここで、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
とおくと、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
としてΔＩｔ、ΔＬｔ、Δｍｔを求めることができる。すなわち、トレーラ特性推定部１ａでは、式７から式１３に基づき、トレーラ２０の慣性モーメントＩｔ、重心距離Ｌｔ、質量を推定することができる。
　以上から、後輪舵角を微小に入力させ、その応答を見ることで追加のセンサを付加することなく、安価にかつドライバには違和感を与えずトレーラ２０の慣性モーメント、質量、重心位置を推定することができる。
　なお、ここでは変化量を一次式であると仮定し、連立方程式を解いたが一次式である必要はなく高次の式やマップ等を用いて推定してもよい。また、複数数の周波数でヨーレートゲインを測定する例を示したが、複数の速度での応答から推定してもよい。またヨーレートではなく横加速度、ゲインではなく、位相から推定してもよい。さらに、正弦波を複数に分けて入力する方法を示したが複数の周波数が重畳するような入力を後輪舵角に与えて、その応答からトレーラ２０のパラメータを推定してもよく、たとえば後輪舵角にインパルス応答を入力し、その応答から推定してもよい。また、直進走行時と記載したが前輪を操舵しているときとしてもよい。この場合、前輪操舵による影響を差し引いてゲインを求めることで同様に推定が可能である。
　次に、以上で説明した、トレーラ２０の特性の推定結果を基に、各アクチュエータに指令を与える具体例を、図５を用いて説明する。すなわち、ドライバ操作に基づく前輪舵角制御ユニット６ｃからのトルク指令で前輪パワーステアリングモータ６ｂで推力が発生すると、連結車両１００には転回方向の力が発生する。なお、ここではモータを用いた電動パワーステアリング装置を示したが、ドライバ操作に基づき推力をアシストする油圧パワーステアリング方式でもよい。車両運動制御部１では前述したトレーラパラメータ推定部１ａでの推定結果と、車両運動状態、ドライバの操舵情報をもとに後輪舵角制御ユニット７ｃへの舵角指令を演算する。この後輪舵角制御ユニット７ｃではこの指令を元に後輪パワーステアリングのモータ２８へのトルク指令を発生する。
　具体的な車両運動制御部１での指令の算出方法の一例を以下に示す。
　前輪と後輪の舵角をそれぞれδｆ、δｒとすると、舵角が大きくない線形の範囲で、速度が一定とみなせる範囲では旋回半径は（式１４）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　ここで、Ｋｓｆはスタビリティファクタと呼ばれ、トレーラ質量、トレーラ重心距離の関数である。また、Ｖは車両の速度である。
　トレーラ質量、トレーラ重心距離が基準値だった場合のスタビリティファクタをＫｓｆ０とし、後輪操舵しない場合の旋回半径Ｒ０は次式で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　つぎに、トレーラ質量、トレーラ重心距離が基準値から変化した場合のスタビリティファクタをＫｓｆとすると旋回半径Ｒは式１６で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　ここで、後輪舵角δｒを次の式１７で示す値となるように制御する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　すなわち前輪舵角δｆに応じた後輪舵角指令として後輪舵角δｒを与える。この後輪舵角δｒを式１４に代入すると、ＲがＲ０に一致させることができる。ここでＲはＫｓｆの関数、すなわちトレーラ質量、トレーラ重心距離、車速の関数であり、トレーラパラメータ推定部での推定結果および車両状態センサ２から得られる車速を用いて算出可能である。
　このように、車両制御装置１では、トレーラ特性推定部１ａで推定したトレーラ２０の特性と、式１４から式１７を利用することにより、トレーラ２０のパラメータが基準値から変化した際も、変化前と同じ前輪舵角で同じ旋回半径で連結車両１００を旋回させることが可能となり、安定性向上や操作性向上が可能となる。すなわち、トレーラ２０の推定した慣性モーメントＩｔ、重心距離Ｌｔ、重量を用いることで、車両制御装置１は、トレーラ２０の現状に即した操舵、および、加速度制御を実現することができ、旋回時などの姿勢の安定性を高めることができる。
　なお、制御の方法はこれには限らず、種々の方法が考えられる。例えば、ここではステアリングを操作した例を示したが、ブレーキ制御装置３に指令を与えて、左右輪に異なるブレーキ圧を与えて回転方向のトルクを発生させるようにしてもよい。
　このように本実施例においては、追加のセンサを付加することなくトレーラ２０の重心位置や慣性モーメントなどのパラメータの推定が可能となり、これらを用いて連結車両１００を制御することで、連結車両１００の走行時（特に旋回時）の安定性、操作性の向上を図ることが可能となる。
　次に、図８を参照して、本発明の実施例２を説明する。なお、実施例１との共通点は、重複説明を省略する。
　上述した実施例１では、前輪パワーステアリング装置６として、ドライバのハンドル操作力が直接伝達されるものを用いたが、本実施例では、ドライバのハンドル操作力が伝達されない、いわゆるステアバイワイヤ方式の前輪パワーステアリング装置６を用いる。
　このため、実施例１の車両制御装置１では、所定の舵角指令を後輪パワーステアリング装置７に与えていたのに対し、本実施例では、所定の舵角指令を前輪パワーステアリング装置６に与える。本実施例では、ステアバイワイヤ方式であるので、ドライバのハンドル操作とは独立して、前輪に操舵指令を与えることができる。前輪パワーステアリング装置６に与える舵角指令は、例えば特定の周波数、振幅の正弦波であり、それによって前輪の舵角が正弦波となって発生する。
　この際、トラクタ１０には横方向の加速度が発生するがその加速度が人に感知できない程度の大きさ（例えば０．２ｍ／ｓ２以下）となるように操舵角度の振幅を制限するとよい。このような操舵により、トラクタ１０ではヨー運動が発生し、また横方向の加速度が発生するため、車両状態センサ２により、ヨーレートや横加速度振動を検知する。この際、一定の周波数での後輪舵角δｒに対してトラクタ１０のヨーレートや横加速度の振動の振幅からゲイン、時間遅れによる位相を検出する。
　以下、ゲインまたは位相からトレーラ２０の慣性モーメント、重心位置、質量を推定する方法は実施例１と同様の方法で求める。また、この推定結果を基にした制御も前輪パワーステアリング装置６に実施することが可能である。
　また、後輪パワーステアリング装置７を備えた装置であれば、後輪を制御してもよい。またパワーステアリング装置ではなく、ブレーキや駆動装置の制御に活用してもよい。
　以上から本実施例においては、前輪だけの操舵でパラメータ推定が可能となり、後輪のパワーステアリング装置が不要となるためより簡易なシステムとすることが可能である。
　なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１００　連結車両、１　車両制御装置、２　車両状態センサ、３　ブレーキ制御装置、４　ハンドル、５　操舵センサ、６　前輪パワーステアリング装置、　６ａ　前輪ラック軸、　６ｂ　前輪パワーステアリングモータ、　６ｃ　前輪舵角制御ユニット、７　後輪パワーステアリング装置、　７ａ　後輪ラック軸、　７ｂ　後輪パワーステアリングモータ、　７ｃ　後輪舵角制御ユニット、８　車輪、１０　トラクタ、２０　トレーラ、２１　接続部、２２　トレーラ重心位置、Ｌ　トラクタ車軸間距離、Ｌｔ　トレーラ重心距離、δｆ　前輪舵角、δｒ　後輪舵角

Claims (15)

  1. 　トレーラを牽引するトラクタに搭載される車両制御装置であって、
    　ドライバによる操舵とは独立して前記トラクタの車輪の舵角を制御する舵角制御部と、
    　該舵角制御部による車輪操舵時の前記トラクタの挙動に基づき前記トレーラの特性を推定するトレーラ特性推定部と、
    　を具備することを特徴とする車両制御装置。
  2. 　前記トレーラ特性推定部は、前記車輪を異なる周波数で操舵した時の前記トラクタ側のそれぞれの挙動に基づき、前記トレーラの特性を推定することを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
  3. 　前記トレーラ特性推定部は、前記トレーラの旋回運動時の挙動から前記トレーラの特性を推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両制御装置。
  4. 　前記トレーラ特性推定部は、前記トレーラの横運動時の挙動から前記トレーラの特性を推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両制御装置。
  5. 　前記舵角制御部による前記トラクタの車輪操舵時に発生する横方向加速度は、０．２ｍ／ｓ２以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両制御装置。
  6. 　前記舵角制御部が舵角を制御する車輪は後輪であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両制御装置。
  7. 前記舵角制御部は、略直進走行中に、ドライバによる操舵とは独立した操舵を実施することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両制御装置。
  8. 　さらに、前記トラクタの駆動系またはパワーステアリングモータを制御する制御ユニットを備えており、
    　該制御ユニットは、前記トレーラ特性推定部が推定した特性に基づいて、前記駆動系または前記パワーステアリングモータを制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両制御装置。
  9. トラクタに牽引されるトレーラの特性を推定する特性推定方法であって、
    　ドライバによる操舵とは独立して前記トラクタの車輪の舵角を制御する舵角制御ステップと、
    　該舵角制御ステップによる車輪操舵時の前記トラクタの挙動に基づき、前記トレーラの特性を推定する特性推定ステップと、
    　を有することを特徴とする特性推定方法。
  10. 前記舵角制御ステップでは、前記トラクタの車輪の舵角を複数の異なる周波数で制御し、
    　前記特性推定ステップでは、前記車輪を異なる周波数で操舵した時の前記トラクタ側のそれぞれの挙動に基づき、前記トレーラの特性を推定することを特徴とする請求項９に記載の特性推定方法。
  11. 　前記特性推定ステップでは、前記トレーラの旋回運動時の挙動から前記トレーラの特性を推定することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の特性推定方法。
  12. 　前記特性推定ステップでは、前記トレーラの横運動時の挙動から前記トレーラの特性を推定することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の特性推定方法。
  13. 　前記舵角制御ステップでは、前記トラクタの車輪操舵時に発生する横方向加速度は、０．２ｍ／ｓ２以下であることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の特性推定方法。
  14. 　前記舵角制御ステップで舵角を制御する車輪は後輪であることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の特性推定方法。
  15. 前記舵角制御ステップは、略直進走行中に実施されることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の特性推定方法。
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