特開 2024-81442 ヨーレート制御装置、ヨーレート制御方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024081442

(43)【公開日】2024-06-18

(54)【発明の名称】ヨーレート制御装置、ヨーレート制御方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   B62D 6/00 20060101AFI20240611BHJP

【ＦＩ】

B62D6/00

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022195082

(22)【出願日】2022-12-06

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-11-29

(71)【出願人】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004222

【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(74)【代理人】

【識別番号】100154070

【弁理士】

【氏名又は名称】久恒 京範

(74)【代理人】

【識別番号】100153280

【弁理士】

【氏名又は名称】寺川 賢祐

(74)【代理人】

【識別番号】100167793

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 学

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 元哉

(72)【発明者】

【氏名】矢作 修一

【テーマコード（参考）】

3D232

【Ｆターム（参考）】

3D232DA03

3D232DA23

3D232DA33

3D232DA39

3D232DA87

3D232DB11

3D232DC01

3D232DC02

3D232DC03

3D232DD08

3D232DD13

3D232DD17

3D232DD18

3D232EB16

3D232GG01

(57)【要約】

【課題】車両の旋回運動に適したヨーレート制御を行う。
【解決手段】ヨーレート制御装置４は、車両の旋回時のヨーレートと、車両に設定された経路を走行するための目標ヨーレートと、車両の横滑り角と、を取得する取得部４２１と、車両のヨーレートと目標ヨーレートとの差に基づいて第１操舵角を算出するフィードバック制御部４２４と、車両の横滑り角に基づいて第２操舵角を算出するフィードフォワード制御部４２５と、第１操舵角と第２操舵角とに基づいて算出した車両の操舵角を車両の操舵部に出力する出力部４２６と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の旋回時のヨーレートと、前記車両に設定された経路を走行するための目標ヨーレートと、前記車両の横滑り角と、を取得する取得部と、
前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差に基づいて第１操舵角を算出するフィードバック制御部と、
前記車両の横滑り角に基づいて第２操舵角を算出するフィードフォワード制御部と、
前記第１操舵角と前記第２操舵角とに基づいて算出した前記車両の操舵角を前記車両の操舵部に出力する出力部と、
を有するヨーレート制御装置。

【請求項2】

前記第１操舵角及び前記第２操舵角を算出するための複数の制御パラメータを決定するための決定部をさらに有し、
前記決定部は、前記ヨーレート制御装置及び前記車両に対応する規範モデルに前記目標ヨーレートを入力することにより前記規範モデルが出力した規範モデル出力値と前記ヨーレートとの差の絶対値を示す評価関数の出力値が最小になるように前記制御パラメータを決定する、
請求項１に記載のヨーレート制御装置。

【請求項3】

前記取得部は、前記車両が所定の速度で旋回した際の操舵角をさらに取得し、
前記決定部は、前記操舵角、前記ヨーレート及び前記横滑り角を用いて算出した目標ヨーレートを入力した前記規範モデルの規範モデル出力値と前記ヨーレートとの差の絶対値を示す評価関数の出力値が最小になるように決定した前記制御パラメータを、前記制御パラメータの初期値に決定する、
請求項２に記載のヨーレート制御装置。

【請求項4】

前記車両の走行後の停止時に、前記決定部が決定した前記制御パラメータを前記フィードバック制御部及び前記フィードフォワード制御部に設定する設定部をさらに有する、
請求項２又は３に記載のヨーレート制御装置。

【請求項5】

プロセッサが実行する、
車両の旋回時のヨーレートと、前記車両に設定された経路を走行するための目標ヨーレートと、前記車両の横滑り角と、を取得するステップと、
前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差に基づいて第１操舵角を算出するステップと、
前記車両の横滑り角に基づいて第２操舵角を算出するステップと、
前記第１操舵角と前記第２操舵角とに基づいて算出した前記車両の操舵角を前記車両の操舵部に出力するステップと、
を有するヨーレート制御方法。

【請求項6】

プロセッサに、
車両の旋回時のヨーレートと、前記車両に設定された経路を走行するための目標ヨーレートと、前記車両の横滑り角と、を取得するステップと、
前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差に基づいて第１操舵角を算出するステップと、
前記車両の横滑り角に基づいて第２操舵角を算出するステップと、
前記第１操舵角と前記第２操舵角とに基づいて算出した前記車両の操舵角を前記車両の操舵部に出力するステップと、
を実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヨーレート制御装置、ヨーレート制御方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１の車両用操向装置は、車両の旋回運動により生じるヨーレートと操舵角に応じた推定ヨーレートとの差により目標操舵トルクを決定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０２０／１１５９７３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の車両用操向装置は、車両の旋回運動において発生する横滑りが大きければ大きいほどヨーレートと推定ヨーレートとの差が大きくなるため、車両が経路を正しく走行できなくなるという問題があった。

【0005】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、車両の旋回運動に適したヨーレート制御を行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様に係るヨーレート制御装置は、車両の旋回時のヨーレートと、前記車両に設定された経路を走行するための目標ヨーレートと、前記車両の横滑り角と、を取得する取得部と、前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差に基づいて第１操舵角を算出するフィードバック制御部と、前記車両の横滑り角に基づいて第２操舵角を算出するフィードフォワード制御部と、前記第１操舵角と前記第２操舵角とに基づいて算出した前記車両の操舵角を前記車両の操舵部に出力する出力部と、を有する。

【0007】

前記第１操舵角及び前記第２操舵角を算出するための複数の制御パラメータを決定するための決定部をさらに有し、前記決定部は、前記ヨーレート制御装置及び前記車両に対応する規範モデルに前記目標ヨーレートを入力することにより前記規範モデルが出力した規範モデル出力値と前記ヨーレートとの差の絶対値を示す評価関数の出力値が最小になるように前記制御パラメータを決定してもよい。

【0008】

前記取得部は、前記車両が所定の速度で旋回した際の操舵角をさらに取得し、前記決定部は、前記操舵角、前記ヨーレート及び前記横滑り角を用いて算出した目標ヨーレートを入力した前記規範モデルの規範モデル出力値と前記ヨーレートとの差の絶対値を示す評価関数の出力値が最小になるように決定した前記制御パラメータを、前記制御パラメータの初期値に決定してもよい。

【0009】

前記車両の走行後の停止時に、前記決定部が決定した前記制御パラメータを前記フィードバック制御部及び前記フィードフォワード制御部に設定する設定部をさらに有してもよい。

【0010】

本発明の第２の態様に係るヨーレート制御方法は、プロセッサが実行する、車両の旋回時のヨーレートと、前記車両に設定された経路を走行するための目標ヨーレートと、前記車両の横滑り角と、を取得するステップと、前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差に基づいて第１操舵角を算出するステップと、前記車両の横滑り角に基づいて第２操舵角を算出するステップと、前記第１操舵角と前記第２操舵角とに基づいて算出した前記車両の操舵角を前記車両の操舵部に出力するステップと、を有する。

【0011】

本発明の第３の態様に係るプログラムは、プロセッサに、車両の旋回時のヨーレートと、前記車両に設定された経路を走行するための目標ヨーレートと、前記車両の横滑り角と、を取得するステップと、前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差に基づいて第１操舵角を算出するステップと、前記車両の横滑り角に基づいて第２操舵角を算出するステップと、前記第１操舵角と前記第２操舵角とに基づいて算出した前記車両の操舵角を前記車両の操舵部に出力するステップと、を実行させる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、車両の旋回運動に適したヨーレート制御を行うという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態に係る車両Ｓの概要を説明するための図である。

【図2】車両Ｓの操舵角を決定する動作を説明するための制御ブロック図である。

【図3】自動操舵システムを説明するための図である。

【図4】一自由度系制御のブロック図である。

【図5】車両Ｓの等価モデルである。

【図6】ＰＩＤ制御器を含むヨーレート制御を説明するためのブロック図である。

【図7】ヨーレート制御装置４における処理シーケンスの例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜車両Ｓの概要＞
図１は、本実施形態に係る車両Ｓの概要を説明するための図である。図１に示す車両Ｓは、センサ部１と、状態特定部２と、操舵部３と、ヨーレート制御装置４と、を備える。車両Ｓは、車両Ｓに設定された経路（以下、「設定経路」という）に沿って走行するための操舵角を算出し、旋回時の車両Ｓを自動操舵する機能を有する。

【0015】

センサ部１は、操舵角センサ及びヨーレートセンサを有しており、走行中の車両Ｓの操舵角及びヨーレートを検出する。

【0016】

状態特定部２は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）等の外部の測位システムから車両Ｓの位置を示す電波を受信する受信装置と、加速度センサ及び角速度センサを含むＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）とを有する。状態特定部２は、受信装置及びＩＭＵを用いて、設定経路を走行するための目標ヨーレート及び車両Ｓの横滑り角を検出する。

【0017】

状態特定部２は、例えば、受信装置が受信した電波に基づいて複数の時刻における車両Ｓの位置を特定することにより車両Ｓの進行方向を特定し、当該複数の時刻にＩＭＵが検出した車両Ｓの姿勢角に基づいて車両Ｓの車体の向きを特定する。状態特定部２は、特定した車両Ｓの進行方向と車体の向きとを用いて車両Ｓの横滑り角を特定する。また、状態特定部２は、設定経路が示す方向と特定した車両Ｓの進行方向との差、及び設定経路に含まれる位置と車両Ｓの位置との差に基づいて目標ヨーレートを特定する。

【0018】

操舵部３は、車両Ｓの運転者が車両Ｓを操舵しない状態で、車両Ｓを自動操舵する機能を有する。操舵部３は、例えば、ヨーレート制御装置４から入力された操舵角に基づいて、操舵用モータ等によりステアリング軸を回転させ、走行中の車両Ｓを右又は左に旋回させる。

【0019】

ヨーレート制御装置４は、センサ部１が検出した車両Ｓのヨーレートと状態特定部２が特定した車両Ｓの目標ヨーレート及び横滑り角とに基づいて、旋回時の車両Ｓの操舵角を算出する処理を実行する。ヨーレート制御装置４は、所定時刻ごとに算出した操舵角に基づいて操舵部３に旋回時の車両Ｓを自動操舵させることで、旋回時の車両Ｓのヨーレートを制御する。ヨーレート制御装置４は、電子部品を含む筐体を有していてもよく、電子部品が実装されたプリント基板であってもよい。

【0020】

旋回時の車両Ｓのヨーレートを制御するための制御器として、車両Ｓの動力学モデルをシステム同定したプラントモデルに基づくＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御器などのフィードバック制御器を設計することが考えられる。ＰＩＤ制御器は、車両Ｓが低速で旋回することにより横滑り角などの外乱が十分に小さい場合は、目標ヨーレートと車両Ｓのヨーレートとの差（以下、「偏差」という）を小さくできるため、車両Ｓのヨーレートを制御しやすくなる。しかし、ＰＩＤ制御器は、旋回時の車両Ｓの速度が大きければ大きいほど横滑り角が大きくなることにより偏差が大きくなるため、ヨーレートを正しく制御できなくなる。

【0021】

そこで、ヨーレート制御装置４は、ＰＩ制御器等のフィードバック制御器と横滑り角の影響を抑制するためのフィードフォワード制御器とを備える。これにより、車両Ｓの横滑り角が大きくなる場合であっても車両Ｓの旋回運動に適したヨーレート制御を行うことができる。
以下、ヨーレート制御装置４の構成及び動作を詳細に説明する。

【0022】

＜ヨーレート制御装置４の構成＞
ヨーレート制御装置４は、記憶部４１と、制御部４２と、を有する。制御部４２は、取得部４２１と、決定部４２２と、設定部４２３と、フィードバック制御部４２４と、フィードフォワード制御部４２５と、出力部４２６とを有する。

【0023】

記憶部４１は、例えば、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶媒体を有する。記憶部４１は、制御部４２が実行するプログラムを記憶している。記憶部４１は、操舵部３に操舵角を出力するための各種の情報を記憶している。

【0024】

制御部４２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＥＣＵ（Electronic Control Unit）等のプロセッサである。制御部４２は、記憶部４１に記憶されたプログラムを実行することにより、取得部４２１、決定部４２２、設定部４２３、フィードバック制御部４２４、フィードフォワード制御部４２５及び出力部４２６として機能する。なお、制御部４２は、１つのプロセッサで構成されていてもよいし、複数のプロセッサ又は１以上のプロセッサと電子回路との組み合わせにより構成されていてもよい。
以下、制御部４２により実現される各部の構成を説明する。

【0025】

取得部４２１は、車両Ｓの旋回時のヨーレートと、設定経路を走行するための目標ヨーレートと、車両Ｓの横滑り角とを取得する。取得部４２１は、例えば、所定の時間が経過するたびに、センサ部１からヨーレートを取得し、状態特定部２から目標ヨーレート及び横滑り角を取得する。所定の時間は、実験又はシミュレーションにより定められた時間である。取得部４２１は、取得したヨーレート、目標ヨーレート及び横滑り角を記憶部４１に記憶させる。

【0026】

取得部４２１は、車両Ｓが所定の速度で旋回した際の操舵角をさらに取得する。所定の速度は、車両Ｓの重心から前輪及び後輪までの距離と車両Ｓの重量とを含む車両Ｓの等価モデルに基づいて定めた速度である。取得部４２１は、例えば、所定の時間が経過するたびに、センサ部１から操舵角を取得し、記憶部４１に記憶させる。

【0027】

決定部４２２は、車両Ｓの操舵角を決定するために用いる第１操舵角及び第２操舵角を算出するための複数の制御パラメータを決定する。第１操舵角は、フィードバック制御部４２４がＰＩ制御器を用いて算出した操舵角であり、第２操舵角は、フィードフォワード制御部４２５がフィードフォワード制御器（以下、「ＦＦ制御器」という）を用いて算出した操舵角である。制御パラメータは、ＰＩ制御器、ＦＦ制御器の少なくともいずれかに用いられる係数である。

【0028】

図２は、車両Ｓの操舵角を決定する動作を説明するための制御ブロック図である。図２に示す制御対象Ｐは操舵部３である。図２においては、第１操舵角δ_ＦＢ、第２操舵角δ_ＦＦ、操舵部３に出力する操舵角δ、ヨーレートγ、目標ヨーレートγ_ｒｅｆ、横滑り角βが示されている。係数Ｋ_１、係数Ｋ_２及び係数Ｔ_１は制御パラメータ、定数θ_１は時定数、演算子ｓはラプラス演算子である。
以下、決定部４２２が図２に示す制御パラメータを決定する方法を詳細に説明する。

【0029】

最初に、車両Ｓの前輪を自動操舵するための自動操舵システムを説明する。図３は、自動操舵システムを説明するための図である。図３（ａ）は、車両Ｓのモデルであり、図３（ｂ）は、自動操舵システムのブロック図である。図３（ａ）は、車両Ｓの前輪の操舵角δ、車両Ｓが一定の車速ｖで走行した際の横滑り角β及び車両Ｓのヨーレートγを示す。

【0030】

図３（ｂ）に示す自動操舵システムは、ヨーレート制御装置４が制御対象Ｐ（すなわち、操舵部３）に操舵角δを入力することにより、前輪の左右の動きを制御できる。図３に示すヨーレート制御装置４は、取得部４２１が取得したヨーレートγ及び目標ヨーレートγ_ｒｅｆに基づいて操舵角δを算出する。図３（ｂ）に示すヨーレート制御装置４に対応する規範モデルＴ_ｄは、式（１）のように与えることができる。

【数1】

【0031】

決定部４２２は、所定の時間において所定の時刻が経過するたびに取得した、複数の操舵角δ、複数のヨーレートγ及び複数の横滑り角β（以下、「一組の実験データ」という場合がある）と、式（１）に示す規範モデルＴ_ｄとを用いて制御パラメータを決定する。一例として、決定部４２２は、一組の実験データと規範モデルＴ_ｄとを用いて、ＦＲＩＴ（Fictious Reference Feedback Tuning）により制御パラメータを決定する。

【0032】

ここで、ＦＲＩＴにより制御パラメータを決定する動作の概要を説明する。図４は、一自由度系制御のブロック図である。制御対象Ｐは操舵部３であり、制御器Ｃはヨーレート制御装置４である。まず、車両Ｓを一定の車速ｖで走行させることにより、図４に示す制御入力ｕに対応する制御入力ｕ_０、出力信号ｙに対応する出力信号ｙ_０を測定する。変数ρを制御器Ｃの調整パラメータとすると、参照信号γに対応する疑似参照信号は、式（２）にように算出できる。

【数2】

【0033】

そして、式（２）に示す疑似参照信号と規範モデルＴ_ｄとを用いてＦＲＩＴの評価関数Ｊを式（３）のように定義する。

【数3】

変数Ｔはサンプリングタイムである。

【0034】

式（３）の評価関数Ｊは、一自由度系の相補感度関数と規範モデルＴ_ｄの相対誤差を評価していることに相当するため、評価関数Ｊの出力値を最小にすることにより、車両Ｓのヨーレートを制御できる制御器Ｃを特定できる。すなわち、決定部４２２は、評価関数Jの出力値を最小にすることにより制御パラメータを決定できる。

【0035】

続いて、車両Ｓのヨーレートを制御するための制御器ＣをＦＲＩＴにより特定する動作（すなわち、ＦＲＩＴにより制御器Ｃの制御パラメータを決定する動作）を、車両Ｓの等価モデルを用いて説明する。図５は、車両Ｓの等価モデルである。本実施形態においては、説明を簡単にするために、二輪車両の等価モデルを用いる。図５に示す車両Ｓのヨー方向の運動モデルは、前輪のコーナリング係数Ｋ_ｆ、後輪のコーナリング係数Ｋ_ｒ、重心から前輪までの距離ｌ_ｆ、重心から後輪までの距離ｌ_ｒ、車両Ｓの重量ｍ、慣性モーメントＩを用いて、式（４）から式（７）のように表現できる。

【数4】

【0036】

式（４）をラプラス変換すると、操舵角δと横滑り角βとを用いたヨーレートγの伝達関数を式（８）から式（１１）のように導出できる。

【数5】

【0037】

ここで、制御器Ｃを式（１２）のＰＩＤ制御器と定義する。

【数6】

また、式（８）の伝達関数における操舵角δの係数Ｐ１と横滑り角βの係数Ｐ２とを式（１３）及び式（１４）のように定義する。

【数7】

【0038】

図６は、ＰＩＤ制御器を含むヨーレート制御を説明するためのブロック図である。図６に示す制御器Ｃは式（１２）のＰＩＤ制御器、係数Ｐ_１は式（１３）、係数Ｐ_２は式（１４）である。図６においては、目標ヨーレートγ_ｒｅｆからヨーレートγまでの伝達関数を式（１５）のように導出できる。

【数8】

【0039】

また、式（１５）において車両Ｓの横滑り角βが十分に小さい場合、β＝０を式（１５）に代入することにより、操舵角δからヨーレートγまでの相補感度関数を式（１６）のように表現できる。

【数9】

【0040】

ところで、一次遅れ系の閉ループ伝達関数と式（１）の規範モデルＴ_ｄとを一致させるＰＩＤゲインを式（１７）から式（１９）のように算出できることが知られている。

【数10】

これにより、式（１６）が成立する場合は、ＰＩ制御器が取り得る制御パラメータに評価関数Ｊの出力値を０にするための制御パラメータが含まれることがわかる。したがって、決定部４２２が、ＦＲＩＴの評価関数Ｊの出力値が０になるように制御パラメータを決定することでγ＝Ｔ_ｄγ_ｒｅｆが成立し、ＰＩ制御器はヨーレートを制御できる。

【0041】

しかし、車両Ｓの横滑り角βを０に近似できない場合、１／（Ｐ_１Ｃ＋１）＜＜１となるようにＰＩＤゲインを導出しなければならないところ、Ｐ_１Ｃ／（Ｐ_１Ｃ＋１）が１に近似するため、γ＝Ｔ_ｄγ_ｒｅｆが成立しない。その結果、ＰＩ制御器はヨーレートを制御できない。

【0042】

そこで、ヨーレート制御装置４は、図２に示すようにフィードフォワード制御器（すなわち、フィードフォワード制御部４２５）を用いて横滑り角βの影響を抑制することで、車両Ｓの旋回運動に適したヨーレート制御を行う。図２に示す操舵角δ、第１操舵角δ_ＦＢ、第２操舵角δ_ＦＦは、フィードバック制御器Ｃ（図２に示すフィードバック制御部４２４）及びフィードフォワード制御器Ｃ_ＦＦ（図２に示すフィードフォワード部４２５）を用いて、式（２０）から式（２２）のように表現できる。

【数11】

【0043】

そして、式（８）と式（２０）から式（２２）とを用いることにより、ヨーレート応答（すなわち、図２に示すγ）を式（２３）のように表現できる。

【数12】

【0044】

ここで、フィードフォワード制御器Ｃ_ＦＦを式（２４）のように与えることにより、ヨーレート応答を式（２５）のように表現できる。

【数13】

式（２４）のようにフィードフォワード制御器Ｃ_ＦＦを設定することにより、第１操舵角δ_ＦＢからヨーレートγまでの関係式である式（２５）は、横滑り角βを用いずに表現できる。したがって、操舵角δからヨーレートγまでの伝達関数を式（２６）のように表現できる。

【数14】

【0045】

式（２６）が成立する（すなわち、目標ヨーレートγ_ｒｅｆからγまでの関係式が一次遅れ系となる）場合は、式（１６）が成立する場合と同様に、ＰＩ制御器が取り得る制御パラメータに評価関数Ｊの出力値を０にするための制御パラメータが含まれる。したがって、フィードバック制御器Ｃを式（２７）に示すＰＩ制御器と設定することにより、γ＝Ｔ_ｄγ_ｒｅｆとなるようなヨーレート応答を実現できる。

【数15】

そして、決定部４２２は、フィードバック制御部４２４が用いる係数Ｋ_１及び係数Ｔ_１（式（２７）に示す係数Ｋ_１及び係数Ｔ_１）と、フィードフォワード制御部４２５が用いる係数Ｋ_１及び係数Ｋ_２（式（２４）に示す係数Ｋ_１及び係数Ｋ_２）とを、ＦＲＩＴの評価関数Ｊを用いて決定する。

【0046】

決定部４２２は、ヨーレート制御装置４及び車両Ｓに対応する規範モデルＴ_ｄに目標ヨーレートγ_ｒｅｆを入力する。そして、決定部４２２は、目標ヨーレートγ_ｒｅｆを入力することにより規範モデルＴ_ｄが出力した規範モデル出力値とヨーレートγとの差の絶対値を示す評価関数Ｊの出力値が最小になるように制御パラメータ（すなわち、係数Ｋ_１、係数Ｋ_２、係数Ｔ_１）を決定する。

【0047】

決定部４２２は、例えば、式（２）及び式（３）に示す疑似参照信号を目標ヨーレートγ_ｒｅｆとし、式（３）に示す出力信号ｙ_０をヨーレートγとする。決定部４２２は、式（３）に目標ヨーレートγ_ｒｅｆを入力することで規範モデル出力値を取得し、評価関数Ｊの出力値が最小になるように制御パラメータを決定する。

【0048】

制御パラメータの初期値を決定する場合、決定部４２２は、車両Ｓが一定の車速ｖで走行している間に取得部４２１が取得した操舵角δ_０、ヨーレートγ_０及び横滑り角β_０を用いて算出した目標ヨーレートγ_ｒｅｆを入力した規範モデルＴ_ｄの規範モデル出力値を算出する。決定部４２２は、算出した規範モデル出力値とヨーレートγ_０との差の絶対値を示す評価関数Ｊの出力値が最小になるように決定した制御パラメータを、制御パラメータの初期値に決定する。

【0049】

操舵角δ_０、ヨーレートγ_０及び横滑り角β_０を用いた目標ヨーレートγ_ｒｅｆ（以下、「疑似目標ヨーレートγ_ｒｅｆ」という場合がある）は、式（２８）及び式（２９）で表現できる。

【数16】

疑似目標ヨーレートγ_ｒｅｆとヨーレートγ_０を用いて評価関数Ｊを式（３０）のように定義できる。

【数17】

【0050】

式（３０）において、横滑り角βと異なる外乱又はノイズが十分に小さく、式（３１）が成立すると仮定する。

【数18】

この場合、式（２８）を式（３０）に代入し、式（３１）を用いることにより、ＦＲＩＴの評価関数Ｊを式（３２）のように表現できる。

【数19】

【0051】

評価関数Ｊの出力値を最小にすることは、ヨーレートγ_０と横滑り角β_０とが発生している場合に、規範モデルＴ_ｄ及びＰ_１Ｃ／（１＋Ｐ_１Ｃ）の第１相対誤差とフィードフォワード制御器Ｃ_ＦＦ及びＰ_２／Ｐ_１の第２相対誤差とを同時に低減することを意味する。したがって、評価関数Ｊ＝０である場合、決定部４２２は、Ｔ_ｄ＝Ｐ_１Ｃ／（１＋Ｐ_１Ｃ）、Ｃ_ＦＦ＝Ｐ_２／Ｐ_１＝Ｋ_２／Ｋ_１となるように制御パラメータを決定する。なお、評価関数Ｊ≠０である場合であっても、評価関数Ｊの出力値が最小になることで第１相対誤差と第２相対誤差とを低減できるため、図２に示す閉ループの応答と規範モデルＴ_ｄの応答との差が小さくなる。

【0052】

車両Ｓの動力学モデルをシステム同定したプラントモデルに基づくＰＩＤ制御器を設計するためには、タイヤ及び車両Ｓにおける多くの制御パラメータを高い精度で同定する必要があるため、多くの走行時間及び設計時間を費やす。これに対して、決定部４２２は、上述したＦＲＩＴを用いることにより、システム同定を必要とせず、且つ一度の所定時間の走行において測定した操舵角δ、ヨーレートγ、横滑り角βに基づいて制御パラメータを決定できる。その結果、走行時間及び設計時間を少なくすることができる。
以上、制御パラメータの決定方法について説明した。

【0053】

図１に戻り、設定部４２３は、車両Ｓの走行後の停止時に、決定部４２２が決定した制御パラメータをフィードバック制御部４２４及びフィードフォワード制御部４２５に設定する。設定部４２３は、例えば、車両Ｓが有する速度センサ（不図示）から取得部４２１が取得した車両Ｓの車速が０と異なる値から０に変化したことを検出したことにより、制御パラメータを設定する。設定部４２３がこのように動作することで、車両Ｓが旋回時に制御パラメータを設定されることにより旋回中の動作が不安定になることを防ぐことができる。

【0054】

フィードバック制御部４２４は、車両Ｓのヨーレートγと目標ヨーレートγ_ｒｅｆとの差に基づいて第１操舵角δ_ＦＢを算出する。フィードバック制御部４２４は、例えば、ヨーレートγと目標ヨーレートγ_ｒｅｆとの差を式（２７）に示す制御器Ｃに入力することにより、第１操舵角δ_ＦＢを算出する。

【0055】

フィードフォワード制御部４２５は、車両Ｓの横滑り角βに基づいて第２操舵角δ_ＦＦを算出する。フィードフォワード制御部４２５は、例えば、横滑り角βを式（２４）に示す制御器Ｃ_ＦＦに入力することにより、第２操舵角δ_ＦＦを算出する。フィードフォワード制御部４２５がこのように動作することで、横滑り角βによる外乱が発生した場合であっても、当該外乱を抑制したヨーレート制御を行うことができる。

【0056】

出力部４２６は、第１操舵角δ_ＦＢと第２操舵角δ_ＦＦとに基づいて算出した車両Ｓの操舵角δを車両Ｓの操舵部３に出力する。図２においては、第１操舵角δ_ＦＢから第２操舵角δ_ＦＦを減算した操舵角δを操舵部３に出力しているが、フィードフォワード制御部４２５が出力した第２操舵角が「－δ_ＦＦ」である場合、出力部４２６は、第１操舵角δ_ＦＢと第２操舵角δ_ＦＦとを加算した操舵角δを出力してもよい。

【0057】

＜ヨーレート制御装置４における処理シーケンス＞
図７は、ヨーレート制御装置４における処理シーケンスの例を示す図である。図７に示す処理シーケンスは、制御パラメータの初期値（すなわち、係数Ｋ_１、係数Ｋ_２、係数Ｔ_１の初期値）をフィードバック制御部４２４及びフィードフォワード制御部４２５に設定する動作を示す。

【0058】

取得部４２１は、車両Ｓが一定の車速ｖで走行している間に、センサ部１が検出した操舵角δ_０及びヨーレートγ_０と状態特定部２が特定した横滑り角β_０とを取得する（Ｓ１１）。取得部４２１は、所定時間が経過していない場合（Ｓ１２のＮＯ）、ステップＳ１１の処理を繰り返す。

【0059】

所定時間が経過した場合（Ｓ１２のＹＥＳ）、決定部４２２は、所定時間に取得した複数の操舵角δ_０、複数のヨーレートγ_０及び複数の横滑り角β_０と式（２８）とを用いて、複数の疑似目標ヨーレートγ_ｒｅｆを算出する（Ｓ１３）。決定部４２２は、算出した複数の疑似目標ヨーレートγ_ｒｅｆを用いた式（３０）の評価関数Ｊの出力値が最小となるように、式（２４）及び式（２７）に示す係数Ｋ_１、係数Ｋ_２及び係数Ｔ_１の初期値を決定する（Ｓ１４）。

【0060】

設定部４２３は、所定時間が経過するたびに取得部４２１から取得した車両Ｓの車速ｖに基づいて、車両Ｓが走行後に停止したか否かを判定する（Ｓ１５）。車両Ｓが走行後の停止中ではない場合（Ｓ１５のＮＯ）、設定部４２３は、ステップＳ１５の処理を繰り返す。車両Ｓが走行後の停止中である場合（Ｓ１５のＹＥＳ）、設定部４２３は、係数Ｋ_１、係数Ｋ_２及び係数Ｔ_１をフィードバック制御部４２４及びフィードフォワード制御部４２５に設定する（Ｓ１６）。具体的には、設定部４２３は、係数Ｋ_１及び係数Ｔ_１をフィードバック制御部４２４に設定し、係数Ｋ_１及び係数Ｋ_２をフィードフォワード制御部４２５に設定する。

【0061】

＜ヨーレート制御装置４による効果＞
以上説明したように、ヨーレート制御装置４は、車両Ｓのヨーレートγと目標ヨーレートγ_ｒｅｆとの差に基づいて第１操舵角δ_ＦＢを算出するフィードバック制御部４２４と、車両Ｓの横滑り角βに基づいて第２操舵角δ_ＦＦを算出するフィードフォワード制御部４２５と、第１操舵角δ_ＦＢと第２操舵角δ_ＦＦとに基づいて算出した車両Ｓの操舵角δを車両Ｓの操舵部３に出力する出力部４２６と、を有する。

【0062】

ヨーレート制御装置４がこのように構成されることで、旋回時の車両Ｓに横滑りが発生した場合であっても、横滑りを考慮した操舵角を操舵部３に出力することができるため、車両Ｓの旋回運動に適したヨーレート制御を行うことができる。その結果、車両Ｓは、横滑りを考慮した旋回運動を自動操舵により実現することができる。

【0063】

さらに、ヨーレート制御装置４は、車両Ｓの操舵角δ、ヨーレートγ及び横滑り角βを用いて算出した目標ヨーレートγ_ｒｅｆを入力した規範モデルＴ_ｄの出力値とヨーレートγとの差の絶対値を示す評価関数Ｊの出力値が最小になるように制御パラメータＫ_１、制御パラメータＫ_２及び制御パラメータＴ_１を決定する決定部を有する。ヨーレート制御装置４がこのように構成されることで、車両Ｓのヨーレートを制御するための制御器を、システム同定することなく設計できるため、設計時間を短縮することができる。

【0064】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

【符号の説明】

【0065】

１ センサ部
２ 状態特定部
３ 操舵部
４ ヨーレート制御装置
４１ 記憶部
４２ 制御部
４２１ 取得部
４２２ 決定部
４２３ 設定部
４２４ フィードバック制御部
４２５ フィードフォワード制御部
４２６ 出力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2023-10-06

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の旋回時のヨーレートと、前記車両の進行方向と前記車両に設定された経路が示す方向との差及び前記車両の位置と前記経路に含まれる位置との差に基づく目標ヨーレートと、前記車両の進行方向と前記車両の車体の向きとを用いて算出された前記車両の横滑り角と、を取得する取得部と、
前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差に基づいて第１操舵角を算出するフィードバック制御部と、
前記車両の横滑り角に基づいて第２操舵角を算出するフィードフォワード制御部と、
前記第１操舵角と前記第２操舵角とに基づいて算出した前記車両の操舵角を前記車両の操舵部に出力する出力部と、
を有するヨーレート制御装置。

【請求項2】

前記第１操舵角及び前記第２操舵角を算出するための複数の制御パラメータを決定するための決定部をさらに有し、
前記決定部は、前記車両が一定の車速で走行した場合に、前記ヨーレート制御装置及び前記車両に対応する規範モデルに前記目標ヨーレートを入力することにより前記規範モデルが出力した規範モデル出力値と前記ヨーレートとの差の絶対値を示す評価関数の出力値が最小になるように前記制御パラメータを決定する、
請求項１に記載のヨーレート制御装置。

【請求項3】

前記取得部は、前記車両が所定の速度で旋回した際の操舵角をさらに取得し、
前記決定部は、前記操舵角、前記ヨーレート及び前記横滑り角を用いて算出した目標ヨーレートを入力した前記規範モデルの規範モデル出力値と前記ヨーレートとの差の絶対値を示す評価関数の出力値が最小になるように決定した前記制御パラメータを、前記制御パラメータの初期値に決定する、
請求項２に記載のヨーレート制御装置。

【請求項4】

前記車両の走行後の停止時に、前記決定部が決定した前記制御パラメータを前記フィードバック制御部及び前記フィードフォワード制御部に設定する設定部をさらに有する、
請求項２又は３に記載のヨーレート制御装置。

【請求項5】

プロセッサが実行する、
車両の旋回時のヨーレートと、前記車両の進行方向と前記車両に設定された経路が示す方向との差及び前記車両の位置と前記経路に含まれる位置との差に基づく目標ヨーレートと、前記車両の進行方向と前記車両の車体の向きとを用いて算出された前記車両の横滑り角と、を取得するステップと、
前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差に基づいて第１操舵角を算出するステップと、
前記車両の横滑り角に基づいて第２操舵角を算出するステップと、
前記第１操舵角と前記第２操舵角とに基づいて算出した前記車両の操舵角を前記車両の操舵部に出力するステップと、
を有するヨーレート制御方法。

【請求項6】

プロセッサに、
車両の旋回時のヨーレートと、前記車両の進行方向と前記車両に設定された経路が示す方向との差及び前記車両の位置と前記経路に含まれる位置との差に基づく目標ヨーレートと、前記車両の進行方向と前記車両の車体の向きとを用いて算出された前記車両の横滑り角と、を取得するステップと、
前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差に基づいて第１操舵角を算出するステップと、
前記車両の横滑り角に基づいて第２操舵角を算出するステップと、
前記第１操舵角と前記第２操舵角とに基づいて算出した前記車両の操舵角を前記車両の操舵部に出力するステップと、
を実行させるためのプログラム。