车辆的运动控制装置、车辆的运动控制方法 |
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| 申请号 | CN202280049454.0 | 申请日 | 2022-05-18 | 公开(公告)号 | CN117651666A | 公开(公告)日 | 2024-03-05 |
| 申请人 | 日立安斯泰莫株式会社; | 发明人 | 山崎胜; 前田健太; 大下修治; 上野健太郎; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种车辆的运动控制装置，能够实现考虑了 致动器 将来会发生的限制的、高 精度 的车辆的运动控制。其特征在于，包括：致动器特性变化推算部，其推算从当前时刻到将来时刻的致动器的特性变化；可控制范围推算部，其根据由所述致动器特性变化推算部计算出的特性变化、车辆的目标轨迹和当前的车辆状态，计算车辆运动的可控制范围；车辆运动计划部，其在由所述可控制范围推算部计算出的可控制范围内生成运动计划；评价值计算部，其基于由所述车辆运动计划部生成的运动计划来计算评价值；和判断部，其判断由所述评价值计算部计算出的评价值是否最小，其中，所述可控制范围推算部参照所述车辆的目标轨迹，针对从当前时刻起的车辆的运动，在考虑了致动器的至少包括输出范围的特性的 基础 上计算将来时刻的可控制的车辆运动的范围，所述车辆运动计划部在由所述可控制范围推算部计算出的可控制的车辆运动的范围内参照规定的评价函数生成运动计划。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种车辆的运动控制装置，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 车辆的运动控制装置、车辆的运动控制方法技术领域背景技术[0002] 对于机动车，人们并不仅单纯地要求其作为移动工具，还要求具有安全性、舒适性，除了提高燃油效率和驱动性能之外，人们对平稳行驶这样的搭乘舒适性和可轻松驾驶这样的操纵稳定性的期待度非常高。 [0003] 但是，机动车与铁道不同，行驶轨迹、目的地大多不确定，在一般道路行驶时，会在各种曲率、坡度的弯道和坡道、有凹凸的路面上行驶，所以在悬架致动器等致动器的驱动范围存在限制的状况下，适当地控制车辆的姿态、控制车辆的运动以使搭乘舒适性良好是非常重要的课题。 [0005] 专利文献1记载了一种方法，为了通过调节减振器的衰减力来既将搭乘舒适性和操纵稳定性中的至少一方保持良好，又同时抑制车辆行驶时的减振器内部的工作油的温度上升，实现两者的兼顾，其测定或推算求出减振器内部的工作油的温度，根据该温度相应地，将衰减量调节为能够将搭乘舒适性和操纵稳定性中的至少一方保持良好的衰减量与能够抑制减振器内部的工作油的温度上升的衰减量之间的衰减量。 [0006] 现有技术文献 [0007] 专利文献 [0008] 专利文献1：日本特开2004‑175125号公报 发明内容[0009] 发明要解决的技术问题 [0010] 但是，上述专利文献1的方法没有考虑到减振器将来的工作油的温度上升引起的限制，在内部的工作油的温度上升较大的情况下，存在不能在行驶途中将搭乘舒适性、操纵稳定性保持良好的可能性。 [0011] 因此，存在搭乘舒适性、操纵稳定性虽然起初良好但却突然丧失导致车辆的特性反而感觉不好的情况。 [0012] 于是，本发明的目的在于提供一种车辆的运动控制装置和车辆的运动控制方法，能够实现考虑了致动器将来会发生的限制的、高精度的车辆的运动控制。 [0013] 解决问题的技术手段 [0014] 为了解决上述课题，本发明特征在于，包括：致动器特性变化推算部，其推算从当前时刻到将来时刻的致动器的特性变化；可控制范围推算部，其根据由所述致动器特性变化推算部计算出的特性变化、车辆的目标轨迹和当前的车辆状态，计算车辆运动的可控制范围；车辆运动计划部，其在由所述可控制范围推算部计算出的可控制范围内生成运动计划；评价值计算部，其基于由所述车辆运动计划部生成的运动计划来计算评价值；和判断部，其判断由所述评价值计算部计算出的评价值是否最小，其中，所述可控制范围推算部参照所述车辆的目标轨迹，针对从当前时刻起的车辆的运动，在考虑了致动器的至少包括输出范围的特性的基础上计算将来时刻的可控制的车辆运动的范围，所述车辆运动计划部在由所述可控制范围推算部计算出的可控制的车辆运动的范围内参照规定的评价函数生成运动计划。 [0015] 另外，本发明特征在于：参照车辆的目标轨迹，针对当前时刻起的车辆的运动，在考虑了致动器的至少包括输出范围的特性的基础上求取将来时刻的可控制的车辆运动的范围，在该范围内参照规定的评价函数生成运动计划。 [0016] 发明效果 [0017] 根据本发明，能够实现一种车辆的运动控制装置和车辆的运动控制方法，其能够实现考虑了致动器将来会发生的限制的、高精度的车辆的运动控制。 [0018] 由此，能够在致动器的驱动存在限制——工作油温度上升、动力源枯竭等——的状况下，适当地控制车辆的姿态，维持良好的搭乘舒适性和操纵稳定性。 [0020] 图1是表示本发明的实施例1的车辆的概略结构的图。 [0021] 图2是本发明的实施例1的车辆的运动控制装置的功能框图。 [0022] 图3是表示车辆及其行驶面的状况的图。 [0023] 图4是表示不使车辆的致动器运转的情况下车辆发生的侧倾角的变化的图。 [0024] 图5是表示可控制的侧倾角的范围的图。 [0025] 图6是表示悬架致动器的工作速度和推力的特性的图。 [0026] 图7是表示考虑了致动器的特性后的实际可实现的侧倾角的上限和下限的图。 [0027] 图8是表示瞬时评价值的推移的图。 [0028] 图9是表示使评价值最小的侧倾角的决定流程的图。 [0029] 图10是表示用本发明的方法计算的使评价值最小的侧倾角的计划的图。 具体实施方式[0030] 以下使用附图说明本发明的实施例。另外，各图中对于同一结构标注同一附图标记，对重复的部分省略其详细说明。 [0031] 实施例1 [0032] 参照图1至图10对本发明的实施例1的车辆的运动控制装置及其控制方法进行说明。 [0033] 图1是表示搭载了本实施例的车辆的运动控制装置2的车辆1的概略结构的平面图。本实施例的车辆1如图1所示，在车体10中搭载了车轮11、电动机12、悬架致动器13、转向机构14、制动机构15和稳定器16。另外，在车辆1中，与车辆的运动控制装置2一同搭载了对车辆的运动控制装置2进行控制的上级控制器3。 [0034] 另外，除此以外的构成部件与通常的车辆同样地搭载，但对于本发明的实施例的说明是不需要的，所以省略图示和说明。 [0035] 另外，采用以车辆1的前后方向为x轴(以前方向为正)、以左右方向为y轴(以左方向为正)、以上下方向为z轴(以上方向为正)的坐标系。 [0036] 图1中，FL是表示与左前对应、Fr是表示与右前对应、RL是表示与左后对应、Rr是表示与右后对应的结构的标记，以车轮11为例，11FL、11Fr、11RL、11Rr分别是左前轮、右前轮、左后轮、右后轮。另外，单独使用F和R的情况下，F表示与前侧对应、R表示与后侧对应的结构。 [0038] 在各车轮11与车体10之间，分别经由轮内电动机的壳体设置了悬架致动器13(13FL、13Fr、13RL、13Rr)，用这些悬架致动器13吸收车轮11各自受到的振动、冲击，或调节车体10和车轮11的位置来控制车体10的姿态。 [0039] 另外，在悬架致动器之中，例如存在由能够变更黏性的减振器与螺旋弹簧组合的半主动悬架、和能够通过使用产生推力的电磁直线致动器等来调节其黏性和弹性常数的全主动悬架等，以下假设悬架致动器13是全主动悬架进行说明。 [0040] 转向机构14是用于使车辆11转向从而变更车辆1的前进方向的装置，本实施例中，用前轮转向机构14F使前轮转向，用后轮转向机构14R使后轮转向。 [0041] 制动机构15是用于对车轮11的旋转进行制动的装置，本实施例中具备左前轮11FL用的制动器15FL、右前轮11Fr用的制动器15Fr、左后轮11RL用的制动器15RL、和右后轮11Rr用的制动器15Rr这4个制动器。 [0042] 稳定器16是抑制左右车轮11在上下方向的相对运动从而抑制车辆1的侧倾量的装置，本实施例的稳定器16是能够电气地调节其扭转角的控制稳定器。另外，本实施例中具备前方用的稳定器16F、和后方用的稳定器16R这2个稳定器。 [0044] 如图2所示，车辆的运动控制装置2构成为，按照驾驶员的操作和来自上级控制器3的指令(目标轨迹等)以及来自车体10中搭载的组合传感器(未图示)等的关于车辆的运动和姿态的车辆信息(车辆速度、前后/左右/上下各加速度、和侧倾角速度、俯仰角速度、横摆角速度等)，相应地操作电动机12、悬架致动器13、转向机构14、制动机构15、稳定器16等各致动器。 [0045] 作为车辆的运动控制装置2的功能有车辆运动控制部21、致动器控制部22、和致动器将来限制计算部23，在车辆运动控制部21中生成操作指令，并对致动器控制部22输入。 [0046] 另外，在致动器控制部22中，根据输入的操作指令生成针对各致动器的个别指令。 [0047] 致动器将来限制计算部23的结构是，根据致动器的运转信息和目标轨迹计算致动器的将来的限制，并对车辆运动控制部21通知。 [0048] 对于本实施例的具体的动作，以车辆1从直线前进状态起进行左转弯的行驶并再次恢复直线前进的行驶为例进行说明。图3是表示车辆1及其行驶面的状况的图。车辆1沿着路面5前进，进行向前进方向左侧转弯的行驶。 [0049] 首先，在图4中示出未特别使车辆1的致动器运转的情况下车辆1发生的侧倾角的变化。图4中，对于侧倾角按最大值为1的无量纲量作图。另外，在关于侧倾角的本实施例的图中，都是按无量纲量作图的。 [0050] 车辆1以沿着路面5行驶的方式逐渐增大方向盘转角前进至弯道的中央，并从此处起反向地逐渐恢复转向角驶向弯道出口。图4的行驶中，在时刻0秒时开始转弯，在时刻5秒时到达弯道中央，在时刻10秒时离开弯道而恢复直线前进状态。 [0051] 在此期间中设车辆1的速度恒定，则作用于车辆1上的横向加速度是大致与舵角成正比的量，在时刻0秒到10秒之间成为凸形。另外，侧倾角是大致与横向加速度成正比的角度，所以车辆1的侧倾角同样地在时刻0秒到10秒之间成为凸形的形状，成为如图4所示的形状。 [0052] 此处，在作为致动器使悬架致动器13工作并且要使侧倾角变化的情况下，若假定悬架致动器13在转弯中总是输出最大推力，则对于图4所示的侧倾角，能够在增大侧倾角的方向、和减小侧倾角的方向上控制至具有与其推力相应的幅度的角度，该能够控制的侧倾角的上限与能够控制的侧倾角的下限之间即是可控制的侧倾角的范围。 [0053] 在图5中表示了用虚线标出该上限和下限而得到的可控制的侧倾角的范围。如果在该可控制的侧倾角的范围内以使规定的评价函数最小的方式计划侧倾角，则能够实现符合该评价的车辆运动。此处，关于评价函数，从平滑的车辆运动能够改善搭乘舒适性的观点出发，作为侧倾角控制的目标以控制为0度为目标，采用侧倾角的平方和作为评价函数。图5中示出了所计划的使评价值最小的侧倾角。 [0054] 此处，考虑悬架致动器13的输出特性。图6示出了本实施例中使用的悬架致动器13的工作速度和推力的特性。 [0055] 本致动器是使用电磁力产生推力的类型，具有瞬时特性和额定特性。即，在致动器的线圈充分冷却的情况下能够施加较大的电功率，输出大推力，但线圈温度因通电而上升，该温度超过极限点时线圈会损伤，所以在线圈温度上升的情况下需要降低施加的电功率，推力减小。 [0056] 前者即冷却的情况下的特性是瞬时特性，后者即为了防止温度过度上升而降低电功率的情况下的特性是额定特性。在使用该致动器的情况下，能够以瞬时特性的最大推力工作的时间大致为5秒左右。 [0057] 根据该悬架致动器13的特性，在悬架致动器13做功的情况下，温度上升，在温度上升较大的情况下为了保护而需要降低推力来使用。考虑这一点，求出可控制的侧倾角的范围。 [0058] 图7是表示考虑了致动器的特性后的实际可实现的侧倾角的上限和下限的图。如图7所示，与虚线所示的根据最大推力求出的可控制的侧倾角的上限和下限相比，考虑了致动器的特性后的实际可实现的上限和下限分别向不使车辆1的致动器运转的情况下车辆1发生的侧倾角的方向靠近，可控制的范围缩小。 [0059] 根据图7可知，所计划的使评价值最小的侧倾角脱离了悬架致动器13实际能够实现的可控制范围，控制失败。 [0060] 通过瞬时评价值的推移来观察因脱离范围而导致不能控制成所计划的侧倾角的状态，如图8所示。可知，与虚线所示的能够按计划控制侧倾角的情况下的评价值相比，在失败的情况下，从失败的时刻即图8中的4秒起评价值急剧上升，产生不连续点。对于车辆1的乘员而言会发生侧倾角急剧变化而感到不自然的现象，结果导致搭乘舒适性恶化。 [0061] 为此，本发明中通过图9所示的流程实施侧倾角的控制。 [0062] 首先，在致动器特性变化推算部91中，推算从当前时刻到将来时刻的悬架致动器13的输出特性的变化。此处，根据致动器的线圈的当前的温度推算值和按目标轨迹行驶的情况下设想的致动器的必要推力，进行将来的线圈的温度推算，根据该温度估算输出特性的变化。 [0063] 接着，在车辆运动的可控制范围推算部92中，根据致动器的推算值(由致动器特性变化推算部91计算出的输出特性的变化)、目标轨迹和当前的车辆状态，求出车辆运动的可控制范围。对此，如图7所示，对于未特别使车辆1的致动器运转的情况下车辆1中发生的侧倾角，考虑由致动器特性变化推算部91计算出的将来时刻的悬架致动器13的输出特性的变化，求出可控制的侧倾角的上限和可控制的侧倾角的下限。 [0064] 接着，在车辆运动计划部93中，在由车辆运动的可控制范围推算部92计算出的可控制范围内制定运动计划。 [0065] 接着，基于车辆运动计划部93生成的运动计划，用评价值计算部94计算评价值C*。此处，如式(1)所示，求取理想侧倾角 与实际侧倾角 之差的平方和。 [0066] [0067] 接着，在判断部95中，判断评价值计算部94计算出的评价值C*是否最小。并非最小的情况下(否)返回车辆运动计划部93重新计划。最小的情况下(是)将运动计划作为决定值。 [0068] 接着，基于所决定的运动计划用车辆控制部96控制车辆。 [0069] 另外，本实施例中为了简化说明发明的原理，按照仅控制侧倾角这1个自由度的内容进行了说明。从而，评价的对象仅有侧倾角，但在进行2个自由度以上的控制的情况下，使用评价函数以使其评价值最小的方式计划车辆的运动。 [0070] 例如，也可以如式(2)所示，求取理想侧倾角 与实际侧倾角 之差以及理想俯仰角θi与实际俯仰角θ之差的平方和。 [0071] 进而，也可以如式(3)所示，计算车辆1的运动的6个自由度的评价值，以使其最小的方式计划车辆1的运动。 [0072] 另外，评价函数除此以外也可以是MSI(晕动病发生率)、G(加速度)、Jerk(加加速度)或G(加速度)与Jerk(加加速度)的加权求和值、或者它们全部的加权求和值。另外，评价函数也可以是根据车辆运动的范围求取可控制的范围外的函数。 [0073] [0074] [0075] 在图10中示出用图9所示的本发明的方法计算的使评价值最小的侧倾角的计划。能够在考虑了致动器将来的输出特性变化的基础上设定侧倾角的运动计划，能够防止控制失败，能够防止搭乘舒适性恶化，并且控制为最优的侧倾角。 [0076] 如以上所说明，本实施例的车辆的运动控制装置2包括：致动器特性变化推算部91，其推算从当前时刻到将来时刻的致动器的特性变化；可控制范围推算部92，其根据由致动器特性变化推算部91计算出的特性变化、车辆的目标轨迹和当前的车辆状态，计算车辆运动的可控制范围；车辆运动计划部93，其在由可控制范围推算部92计算出的可控制范围内生成运动计划；评价值计算部94，其基于由车辆运动计划部93生成的运动计划来计算评价值；和判断部95，其判断由评价值计算部94计算出的评价值是否最小，其中，可控制范围推算部92参照车辆的目标轨迹，针对从当前时刻起的车辆的运动，在考虑了致动器的至少包括输出范围的特性的基础上计算将来时刻的可控制的车辆运动的范围，车辆运动计划部 93在由可控制范围推算部92计算出的可控制的车辆运动的范围内参照规定的评价函数生成运动计划。 [0077] 另外，车辆的运动是车辆1的前后方向的加速度、横向的加速度、上下方向的加速度、侧倾角、俯仰角、横摆角速度这6个自由度的车辆运动。或者，是车辆1的前后方向的加速度、横向的加速度、上下方向的位置、侧倾角、俯仰角、横摆角速度这6个自由度的车辆运动。 [0078] 另外，致动器的至少包括输出范围的特性是致动器的输出范围和可动范围在时间轴上的将来的特性。 [0079] 另外，在车辆1追随目标轨迹、并且决定了该追随所需的致动器的输出的情况下，将从该状态起的将来时刻的可控制的车辆的运动、与用于不使用车辆运动计划部93的运动计划地按目标轨迹行驶的车辆的运动之间的裕度范围，作为可控制的车辆运动的范围。 [0080] 另外，车辆运动计划部93在可控制的车辆运动的范围内生成使规定的评价函数最小的运动计划。 [0081] 另外，规定的评价函数是根据车辆运动的范围求取考虑了致动器的至少包括输出范围的特性的情况下的可控制的范围的函数，以使其最大化作为评价。 [0082] 另外，运动计划是侧倾角、俯仰角等车体10的姿态角。 [0083] 如以上所说明，根据本实施例的车辆的运动控制装置，能够考虑因随致动器的操作产生的温度上升、动力源枯竭而导致的将来发生的限制，在此基础上计算各致动器的操作指令，维持良好的搭乘舒适性和操纵稳定性。 [0084] 另外，本发明不限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具备所说明的全部结构。另外，能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，也能够在某个实施例的结构上添加其他实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。 [0085] 附图标记说明 [0086] 1……车辆，2……车辆的运动控制装置，3……上级控制器，5……路面，10……车体，11(11FL、11Fr、11RL、11Rr)……车轮，12(12FL、12Fr、12RL、12Rr)……电动机，13(13FL、13Fr、13RL、13Rr)……悬架致动器，14(14F、14R)……转向机构，15(15FL、15Fr、15RL、15Rr)……制动机构，16(16F、16R)……稳定器，21……车辆运动控制部，22……致动器控制部，23……致动器将来限制计算部，91……致动器特性变化推算部，92……车辆运动的可控制范围推算部， 93……车辆运动计划部，94……评价值计算部，95……判断部，96……车辆控制部。 |
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