JP7042182B2 - 車両制御装置、車両制御方法、及び車両制御システム - Google Patents
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Description
そのため、運転者は、まず、曲がりたい方向とは反対の方向に前輪を操舵して、車両とトレーラとの連結部における相対角を形成し、その後、車両の走行軌道を膨らませてから、再度曲がる方向へと転舵して後退する必要があった。
これに対し、特許文献1に開示される車両の操向装置は、車両の操舵角からトレーラの目標軌跡を演算し、更に、トレーラの目標軌跡を達成するための目標ヒッチ角を演算し、目標ヒッチ角と実ヒッチ角との偏差を減少させるよう後輪を操舵することで、トレーラを牽引しない場合と同様な感覚で、トレーラを牽引する車両を後退させることを可能にしている。
なお、前記旋回中心とは、車両の後車軸の延長線と前輪から直角にひかれた線との交点である。
図1は、本発明の実施形態に係る車両制御システムの概略構成図である。
車両10は、前輪11,11の舵角を操作する前輪操舵装置13、及び、後輪12,12の舵角を操作する後輪操舵装置14を備える。つまり、車両10は、前輪操舵装置13及び後輪操舵装置14からなる4輪操舵システムを備える。
前輪操舵装置13には、前輪11,11の操舵角αを検出する前輪舵角センサ15が付設されている。
後輪操舵装置14には、後輪12,12の操舵角βを検出する後輪舵角センサ16が付設されている。
なお、トレーラ20は、セミトレーラであるため、車両10に連結した状態で連結器30に荷重が加わることになる。
連結器30には、車両10とトレーラ20との連結角γを検出する連結角センサ17が付設されている。
ここで、4WSコントローラ40は、トレーラ20の連結の有無、更に、トレーラ20の連結時である場合は前進であるか後退であるかを区別し、係る区別に応じて選択した制御モード(制御プログラム)にしたがって後輪の目標操舵角を定め、後輪操舵装置14に指令を出力する、後輪操舵制御(4輪操舵制御)を実施する。
4WSコントローラ40は、ステップS101で、自車両にトレーラ20が連結されているか否かを判断する。
4WSコントローラ40は、トレーラ20の連結の有無を、例えば、運転者による連結/非連結の指定操作や、連結の有無を検出するセンサの信号に基づいて判断する。
一方、トレーラ20が連結されている場合、つまり、車両10がトレーラ20を牽引する場合、4WSコントローラ40は、ステップS103に進み、車両10が前進状態であるか後退状態であるかを判断する。
また、車両10が前進状態ではなく後退状態である場合、4WSコントローラ40は、ステップS105に進み、4輪操舵制御としてトレーラ20が連結されている状態での後退時に適合されている制御モード(連結後退時4WS制御)を実行し、後輪の操舵角を制御する。
なお、ステップS102での非連結時4WS制御、及び、ステップS104での連結前進時4WS制御の具体的な制御内容としては、公知の制御を適宜採用することができる。
また、4WSコントローラ40は、少なくとも連結後退時4WS制御を実行する制御装置であり、非連結時4WS制御と連結前進時4WS制御との少なくとも一方を省略することができる。
4WSコントローラ40は、前輪舵角センサ15からの前輪操舵角αの信号が入力される前輪操舵角入力部(前輪操舵角取得部)41、後輪舵角センサ16からの後輪操舵角βの信号が入力される後輪操舵角入力部42、連結角センサ17からの連結角γの信号が入力される連結角入力部43を備える。
ここで、第1距離入力部44及び車両情報入力部45は、例えば、4WSコントローラ40が内蔵するメモリに格納されている距離データを読み出すか、或いは、外部との通信によって各距離のデータを取得する。
そして、出力部47は、目標後輪操舵角取得部46で得られた目標後輪操舵角を達成するための指令を、後輪操舵装置14に出力する。
4WSコントローラ40は、ステップS201で、前輪舵角センサ15の出力に基づいて前輪11,11の操舵角αを検出するとともに、連結角センサ17の出力に基づいて連結角γを検出する。
γ* =sin-1(b/(√(b2+(a/tan(α))2 -c2))+c*tan(α)/a)…(1)
式1において、aは車両10の軸距(ホイールベース)、bは車両10の後輪軸と連結器30による連結点との距離、cは連結器30による連結点とトレーラ20の車軸20Aとの距離である。
そして、4WSコントローラ40は、連結角センサ17で検出される実連結角γが目標連結角γ*に近づくように目標後輪操舵角β*を定め、この目標後輪操舵角β*の指令を後輪操舵装置14に出力し、実後輪操舵角βを目標後輪操舵角β*に制御することで、目標連結角γ*が得られるようにする。
図5は、車両10の後車軸の延長線と車両10の前輪11,11から直角にひかれた線との交点である車両10の旋回中心ARをトレーラ20の車軸20Aの延長線が通過する状態を示す模式図である。
ここで、下記の式(2)-(4)が成り立つ。
tan(α)=a/r1、r1=a/tan(α)…(2)
tan(ε)=b/r1、sin(ε)=b/r3、cos(ε)=r3/r1…(3)
tan(δ)=c/r2、sin(δ)=c/r3、cos(δ)=r3/r2…(4)
r3=√(b2+r12)…(5)
r3=√(c2+r22)…(6)
そして、上記の式5及び式6から、下記式7が成り立つことになる。
b2+r12=c2+r22…(7)
r2=√(b2+r12-c2)…(8)
また、下記の式(9)及び式(10)が成り立つ。
γ=ε+δ…(9)
sin(γ)=sin(ε+δ)…(10)
sin(ε+δ)=sin(ε)*cos(δ)+cos(ε)*sin(δ)…(11)
上記式(11)に、式(3)及び式(4)を代入すると、下記式(12)になる。
sin(ε+δ)=(b/r3)*(r3/r2)+(r3/r1)*(c/r3)…(12)
sin(ε+δ)=b/r2+c/r1…(13)
更に、式(13)に式(8)を代入すると、下記式(14)になる。
sin(ε+δ)=b/(√(b2+r12-c2))+c/r1…(14)
sin(ε+δ)=b/(√(b2+(a/tan(α))2-c2))+c*tan(α)/a…(15)
ここで、式(10)が成り立つから、式(15)を、下記式(16)のように書き換えることができる。
sin(γ)=b/(√(b2+(a/tan(α))2-c2))+c*tan(α)/a…(16)
γ=sin-1(b/(√(b2+(a/tan(α))2-c2))+c*tan(α)/a)…(1)
つまり、車両10の後車軸の延長線と車両10の前輪11,11から直角にひかれた線との交点である車両10の旋回中心ARをトレーラ20の車軸20Aの延長線が通過するようにするための連結角γは、前輪操舵角αを変数とする式(1)から求まることになる。
4WSコントローラ40は、ステップS203(目標後輪操舵角取得段階)で、目標後輪操舵角β*を下記の式(18)にしたがって算出する。
β*=-k(γ-γ*)…(18)
式(18)において、kは、比例定数(比例係数)である。
したがって、実連結角γが目標連結角γ*に一致する状態では後輪操舵がキャンセルされ、換言すれば、目標連結角γ*が0degに設定される。一方、実連結角γと目標連結角γ*との偏差が大きくなるほど、実連結角γが目標連結角γ*に近づく向きに後輪12,12が大きく操舵される。
但し、偏差に応じたフィードバック動作を比例動作(P動作)に限定するものではなく、4WSコントローラ40は、比例動作(P動作)と積分動作(I動作)との組み合わせ(PI動作)や、比例動作(P動作)、積分動作(I動作)及び微分動作(D動作)の組み合わせ(PID動作)によって、連結角偏差から目標後輪操舵角β*を算出することができる。
このように、4WSコントローラ40は、トレーラ20を牽引する車両10が後退するときに、車両10の後車軸の延長線と車両10の前輪11,11から直角にひかれた線との交点である車両10の旋回中心ARをトレーラ20の車軸20Aの延長線が通過するように、後輪12,12の操舵角βを制御する。
そして、図6は、トレーラ20を牽引する車両10が一定速度で後退している状態から旋回する場合の状態を示す。
このように、運転者による前輪11,11の操舵のみが行われる2WSの場合は、後退旋回時に所謂逆ハンドルを切ることが必要になり、操舵が難しい。
つまり、運転者は、逆ハンドルを切ることなく、トレーラ20を牽引しない場合と同様な操舵で車両10を後退旋回させることができる。
例えば、連結角γの目標値を前輪11,11の操舵角αに比例するように設定した場合、図7(A)、(B)に示すように、前輪11,11の操舵角αやトレーラ20の長さによって車両10の旋回中心ARが後車軸の延長線上から前後に移動する。
したがって、定常状態において車両10の挙動が運転者に判り易く、運転者の違和感は低減される。
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。
また、連結角センサ17として、ポテンショメータなどの角度センサを用いることができるが、車両10の後方に搭載したカメラが撮影した画像から車両10とトレーラ20との連結角γを検出することも可能である。
また、車両10の旋回中心を定める“前輪から直角にひかれた線”は、左前輪、右前輪、左右前輪間に設定した仮想前輪のうちのいずれかから直角にひかれた線とすることができる。
また、目標連結角γ*を算出する電子制御装置と、目標連結角γ*に基づき目標後輪操舵角β*を算出する電子制御装置とを、個別に備える車両制御システムとすることができる。
また、連結器30による連結点とトレーラ20の車軸20Aとの距離である第1距離cのデータを運転者が4WSコントローラ40に入力操作する構成とすることができ、また、トレーラ20の型番情報などに基づきデータベースから読み出された第1距離cのデータを4WSコントローラ40のメモリに保存する構成とすることができる。
Claims (6)
- トレーラを牽引する車両の制御装置において、
前記車両の前輪操舵角に関する情報が入力される前輪操舵角入力部と、
前記車両が後退するときに、前記車両の後車軸の延長線と前記車両の前輪から直角にひかれた線との交点である旋回中心を前記トレーラの車軸の延長線が通過するように、前記前輪操舵角入力部で得られた前記前輪操舵角に基づいて前記車両の目標後輪操舵角を定める目標後輪操舵角取得部と、
前記目標後輪操舵角取得部で得られた前記目標後輪操舵角を達成するための指令を前記車両の後輪の操舵角を制御する後輪操舵装置へ出力する出力部と、
を備えることを特徴とする車両制御装置。 - 請求項1に記載の車両制御装置において、
前記車両と前記トレーラとの連結部における連結角に関する情報が入力される連結角入力部を備え、
前記目標後輪操舵角取得部は、
前記前輪操舵角入力部で得られた前記前輪操舵角に基づいて前記車両と前記トレーラとの連結角の目標である目標連結角を求め、
前記連結角入力部で得られた前記連結角に関する情報と前記目標連結角とに基づいて前記目標後輪操舵角を求める、
ことを特徴とする車両制御装置。 - 請求項2に記載の車両制御装置において、
前記連結部と前記トレーラの車軸との距離である第1距離が入力される第1距離入力部と、
前記車両の軸距、及び、前記車両の後輪軸と前記連結部との距離である第2距離が入力される車両情報入力部と、を備え、
前記目標後輪操舵角取得部は、第1距離入力部で得られた前記第1距離と、前記前輪操舵角入力部で得られた前記前輪操舵角と、前記車両情報入力部で得られた前記軸距及び前記第2距離とに基づいて、前記目標連結角を求める、
ことを特徴とする車両制御装置。 - 請求項3に記載の車両制御装置において、
前記目標後輪操舵角取得部は、
前記前輪操舵角入力部で得られた前記前輪操舵角及び前記車両情報入力部で得られた前記軸距に基づいて前記車両の旋回半径に関する情報を取得し、
前記旋回半径に関する情報と、前記第1距離入力部で得られた前記第1距離と、前記車両情報入力部で得られた前記軸距及び前記第2距離とに基づいて前記目標連結角を求める、
ことを特徴とする車両制御装置。 - トレーラを牽引する車両の制御方法において、
前記車両が後退するときに、前記車両の後車軸の延長線と前記車両の前輪から直角にひかれた線との交点である旋回中心を前記トレーラの車軸の延長線が通過するように、前記車両の前輪操舵角に基づいて前記車両の目標後輪操舵角を定める目標後輪操舵角取得段階と、
前記目標後輪操舵角取得段階で得られた前記目標後輪操舵角を達成するための指令を、前記車両の後輪の操舵角を制御する後輪操舵装置へ出力する出力段階と、
を備えることを特徴とする車両制御方法。 - トレーラを牽引する車両の制御システムにおいて、
前記車両の前輪操舵角を取得する前輪操舵角取得部と、
前記車両が後退するときに、前記車両の後車軸の延長線と前記車両の前輪から直角にひかれた線との交点である旋回中心を前記トレーラの車軸の延長線が通過するように、前記前輪操舵角取得部で得られた前記前輪操舵角に基づいて前記車両の目標後輪操舵角を求める目標後輪操舵角取得部と、
前記目標後輪操舵角取得部で得られた前記目標後輪操舵角を達成するための指令を、前記車両の後輪の操舵角を制御する後輪操舵装置へ出力する出力部と、
を備えることを特徴とする車両制御システム。
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