JP7314485B2

JP7314485B2 - VEHICLE MOTION CONTROLLER, CONTROLLER, MANAGER, METHOD, PROGRAM AND VEHICLE

Info

Publication number: JP7314485B2
Application number: JP2018161525A
Authority: JP
Inventors: 陽次酒井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2023-07-26
Anticipated expiration: 2038-08-30
Also published as: JP2020032893A; JP2021107223A; JP7243757B2; JP2023121864A

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 for controlling motion 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。 Vehicles are known that are capable of coordinating multiple vehicle motion demands occurring in the vehicle and managing the operation of the actuators in response to the coordinating results. For example, Patent Literature 1 discloses a device that adjusts multiple requests according to the availability of actuators to optimally control the motion of a vehicle.

特開２０１２－０９６６１９号公報JP 2012-096619 A

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, an actuator command value for controlling lateral motion of a vehicle is calculated based on a required yaw rate value. Therefore, when the vehicle is 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 is large, so the required value cannot be appropriately converted into the actuator command value. That is, in the lateral motion control using the yaw rate, it may not be possible to accurately calculate the actuator command value 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。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vehicle motion control device and the like that can accurately calculate an actuator command value related to lateral motion of a vehicle regardless of the running state of the vehicle.

上記課題を解決するために、本開示技術の一態様は、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、曲率と異なる物理量である要求を算出する算出部と、要求を複数のアクチュエータシステムの少なくとも１つに分配する分配部と、を備える、制御装置である。 In order to solve the above-described problems, one aspect of the disclosed technology is a control device mounted on a vehicle, the control device including: a reception unit that receives a plurality of curvatures from a driving support system; an arbitration unit that arbitrates the plurality of curvatures; a calculation unit that calculates a request that is a physical quantity different from the curvature based on the arbitration result of the arbitration unit; and a distribution unit that distributes the request to at least one of the plurality of actuator systems.

本開示の車両運動制御装置等によれば、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 and the like 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 running 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1 is a diagram showing functional blocks of a vehicle motion control system according to an embodiment of the present invention; FIG.

［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]
A vehicle motion control system according to the present invention receives a request for lateral motion of a vehicle from each system in terms of lateral acceleration and curvature. As a result, the direction of rotation can be processed with the curvature, which is a kinematic unit, so that the actuator command value relating to the lateral motion of the vehicle can be accurately calculated 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。 [composition]
FIG. 1 is a functional block diagram of a vehicle motion control device 20 according to an embodiment of the present invention and its peripheral configuration. 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 control details regarding vehicle motion such as “running”, “turning”, and “stopping” based on a request from the driving support ECU 10 and information acquired from the sensor unit 50 . Based on the determined control details, the vehicle motion control device 20 issues necessary instructions to the steering control ECU 31, the brake control ECU 32, and the powertrain control ECU 33 managed by itself, and appropriately controls actuators related to the motion of the vehicle, such as the steering 41, the brake 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 are configured to request the vehicle motion control device 20 to control the movement of the vehicle, which is the control target of each system, at least by using longitudinal acceleration Ax and lateral acceleration Ay, which are kinematic units, for movement in the longitudinal direction (vehicle front-back direction) and lateral direction (vehicle width direction), and by curvature R, which is a kinematic unit for movement in the rotational direction. A 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 that acquire information about the motion 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 vertical and horizontal acceleration, 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、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 outputs one optimum request (Ax, Ay, R) based on the longitudinal acceleration Ax, the lateral acceleration Ay, and the curvature R. The request receiving unit 21 may receive a request including at least one of the lateral acceleration Ay and the curvature R for lateral motion control.

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 calculates the longitudinal acceleration Ax ^* , the lateral acceleration Ay*, and the curvature R ^* , taking the feedback results into account, based on one optimum request (Ax, Ay, R) output by the request receiving unit 21, actuator information (control realization results, availability, etc.) fed back from the steering control ECU 31, the brake control ECU 32, the powertrain control ECU ³³ , and the like, and information on vehicle motion input from the sensor unit 50. For example, the lateral acceleration Ay ^* can be calculated based on measurements fed back from lateral G sensors installed in the vehicle. Curvature R ^* can be calculated based on the curvature estimated by measurements fed back from the lateral G 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 converts the requests (Ax ^* , Ay ^* , R ^* ) calculated by the feedback control unit 22 into units of operation amounts (braking force Fx, steering angle δ, etc.) according to the operating characteristics of each actuator as command values distributed to one or more actuators related to vehicle motion such as the steering 41, the brake 42, and the power train 43. 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 wheel 41 according to a predetermined steering driver model based on the command value received from the conversion transmitting unit 23 and the command value according to the driver's steering operation. The brake control ECU 32 controls the brakes 42 according to a predetermined brake driver model, based on the command value received from the conversion transmission unit 23 and the command value according to the driver's braking operation. The powertrain control ECU 33 controls the powertrain 43 according to a predetermined accelerator driver model, based on the command value received from the conversion transmission unit 23 and the command value according to the driver's accelerator operation.

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 the brake control ECU 32, for example. 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 illustrated. In addition, each ECU is connected 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 lateral motion control of a vehicle as an example, what kind of requests are output from each system of the driving support ECU 10 to the vehicle motion control device 20, and how the vehicle motion control device 20 controls each actuator to realize the requests will be described in detail.

＜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。 <Request example 1>
When the preventive safety system 13 wants to move the vehicle laterally with an acceleration Y in order to keep the center of the driving lane on a straight road by the lane keep control function, the preventive safety system 13 requests the lateral acceleration Ay ₃ =Y and the curvature R ₃ =0 (or no curvature request) 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。 <Request example 2>
When the preventive safety system 13 wants to move the vehicle in the lateral direction with an acceleration Y in order to drive the vehicle on a road curved with a curvature X while maintaining the center of the lane, the preventive safety system 13 requests the lateral acceleration Ay ₃ =Y and the curvature R ₃ =X from the vehicle motion control device 20.

＜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、ごく低速で曲率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。 <Request example 3>
If the automatic parking control function wishes to move the vehicle along a trajectory of curvature X at very low speed, the automatic parking system 12 requests a lateral acceleration Ay ₂ =0 (or no lateral acceleration requested) and a curvature R ₂ =X 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 assistance ECU 10 is realized only by steering the steering wheel 41, the vehicle motion control device 20 calculates the curvature Ry (=Ay/Vx ² ) corresponding to the requested lateral acceleration Ay based on the lateral acceleration Ay and the current vehicle speed Vx obtained from the sensor unit 50. 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 wheel 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 wheel 41 having a four-wheel steering function (4WS), the vehicle motion control device 20 calculates the steering angle δ of the steering wheel 41 by the method of implementation example 1 described above. 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 performs steering control in the same phase for the front wheels and the rear wheels of the vehicle, and then converts the requested lateral acceleration Ay into a steering angular velocity. As a result, the lateral acceleration Ay can be realized by steering the steering wheel 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 that controls 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 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 direction of rotation can be received and processed in terms of the curvature R, which is a kinematic unit. As a result, even if the steering wheel 41 is strongly steered, for example, during extremely low speed running, the required value for the lateral motion does not decrease, so the required value can be appropriately converted into the actuator command value. Therefore, compared to lateral motion control using the yaw rate, it is possible to accurately calculate the actuator command value for lateral motion of the vehicle 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。 In addition, since the vehicle motion control device 20 according to the present embodiment can handle requests for lateral motion in the same unit regardless of the function of the requesting system, the feedback control unit 22 can be integrated into one, and the conversion transmission unit 23 can also be integrated into one. In addition, since the curvature R can be converted into kinematic units, it is possible to cope with a case where cooperation between predetermined control (for example, stabilization control) and lateral motion control is required.

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 or program executed by a computer of the vehicle motion control device, or as a vehicle equipped with 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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for systems that control motion of vehicles.

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 power train (in-wheel motor)
50 Sensor part

Claims

A control device mounted on a vehicle for controlling motion of the vehicle,
a reception unit that receives a plurality of target curvatures from a plurality of driving support systems of different types;
a calculation unit that selects one target curvature optimum for movement of the vehicle from the plurality of target curvatures received by the reception unit, and calculates an exercise request based on the selection result;
a distributor that distributes the motion request to at least one of a plurality of actuator systems.

The reception unit further receives a plurality of target accelerations from the plurality of driving support systems of different types,
The control device according to claim 1, wherein the calculation unit selects one target acceleration optimum for movement of the vehicle from among the plurality of target accelerations received by the reception unit, and further calculates an exercise request based on the selection result.

3. The control device according to claim 1, wherein said reception unit further receives the state of said actuator system from said actuator system.

A manager on board a vehicle,
a reception unit that receives a plurality of action plans, at least one of which is a target curvature, from a plurality of ADAS applications of different types;
a calculation unit that selects one target curvature optimum for movement of the vehicle from among the plurality of action plans received by the reception unit, and calculates an exercise request based on the selection result;
a distributor that distributes the motion request to at least one of a plurality of actuator systems.

A method executed by a manager's computer on board a vehicle comprising:
receiving a plurality of action plans, at least one of which is a target curvature, from a plurality of ADAS applications of different types;
selecting one target curvature optimum for movement of the vehicle from among the received plurality of action plans, and calculating an exercise request based on the selection result;
and distributing the motion request to at least one of a plurality of actuator systems.

A program to be executed by a manager's computer installed in a vehicle,
receiving a plurality of action plans, at least one of which is a target curvature, from a plurality of ADAS applications of different types;
selecting one target curvature optimum for movement of the vehicle from among the received plurality of action plans, and calculating an exercise request based on the selection result;
and c. distributing the motion request to at least one of a plurality of actuator systems.

A vehicle equipped with the manager according to claim 4.

The control device according to claim 1, wherein the plurality of driving support systems of different types are at least two of an automatic driving system, an automatic parking system, and a preventive safety system.

4. The control device according to claim 3, wherein the state of the actuator system is a control implementation result of the actuator system.

4. The controller of claim 3, wherein the state of the actuator system is the availability of the actuator system.