(57)【要約】【課題】操舵シミュレーションにおける操舵トルクの算出を容易に行うことができる操舵シミュレーション装置を提供する。【解決手段】予め取得された目標操舵角に基づいて、所定の車両モデルＭの操舵角を目標操舵角に合わせるための操舵トルクを算出する操舵シミュレーション装置１であって、目標操舵角の値ごとに予め対応付けられた予測操舵トルクを含む操舵特性マップデータＤを利用して、目標操舵角から予測操舵トルクを算出するフィードフォワード部１０と、予め取得された前回操舵トルクを車両モデルＭに入力することで、車両モデルＭの前回操舵角を算出する車両モデル演算部１１と、目標操舵角と前回操舵角との差に基づいて、修正操舵トルクを算出するフィードバック部１２と、予測操舵トルクと修正操舵トルクとに基づいて、操舵トルクを算出する操舵トルク算出部１３と、を備える。【選択図】図２
2018081002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め取得された目標操舵角に基づいて、所定の車両モデルの操舵角を前記目標操舵角に合わせるための操舵トルクを算出する操舵シミュレーション装置であって、
前記目標操舵角の値ごとに予め対応付けられた予測操舵トルクを含む操舵特性マップデータを利用して、前記目標操舵角から前記予測操舵トルクを算出するフィードフォワード部と、
予め取得された前回操舵トルクを前記車両モデルに入力することで、前記車両モデルの前回操舵角を算出する車両モデル演算部と、
前記目標操舵角と前記前回操舵角との差に基づいて、修正操舵トルクを算出するフィードバック部と、
前記予測操舵トルクと前記修正操舵トルクとに基づいて、前記操舵トルクを算出する操舵トルク算出部と、
を備える、操舵シミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵シミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両制御システムについてドライバを包含した車両の評価を行うため、シミュレーション装置の活用が行われている。操舵制御のシミュレーション装置においては、ドライバがステアリングホイールに入力する操舵トルクに着目したパワーステアリングの制御適合やドライバが感じる操舵感の評価も求められるため、操舵トルクによって車両を操舵するドライバモデルが必要とされている。
【０００３】
このようなドライバモデルに関して、非特許文献１には、ドライバが操舵トルクを発生させる動作（操舵動作）を、車両前方の注視点と目標軌道との横偏差に対するフィードバック動作とみなして伝達関数で記述することにより、ドライバによる操舵トルクを算出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】吉田秀久、外２名、「操舵トルクによるドライバモデルの基礎的検討（進路変更と車線維持の動作遷移モデル）」、日本機械学会論文集、2015年、Vol.81、No.826
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１において開示された方法では、ドライバによる操舵トルクを算出するために多数のパラメータが必要となる。このため、走行シーン毎に多数のパラメータの値を調整することが必要となり操舵シミュレーションにおける操舵トルクの出力が容易ではない。
【０００６】
そこで、本発明は、操舵シミュレーションにおける操舵トルクの算出を容易に行うことができる操舵シミュレーション装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、予め取得された目標操舵角に基づいて、所定の車両モデルの操舵角を目標操舵角に合わせるための操舵トルクを算出する操舵シミュレーション装置であって、目標操舵角の値ごとに予め対応付けられた予測操舵トルクを含む操舵特性マップデータを利用して、目標操舵角から予測操舵トルクを算出するフィードフォワード部と、予め取得された前回操舵トルクを車両モデルに入力することで、車両モデルの前回操舵角を算出する車両モデル演算部と、目標操舵角と前回操舵角との差に基づいて、修正操舵トルクを算出するフィードバック部と、予測操舵トルクと修正操舵トルクとに基づいて、操舵トルクを算出する操舵トルク算出部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、操舵シミュレーションにおける操舵トルクの算出を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る操舵シミュレーション装置を示すブロック図である。
【図２】操舵シミュレーション装置による操舵トルクの算出処理を示すブロック線図である。
【図３】フィードフォワード部における処理の一例を示すブロック線図である。
【図４】フィードバック部における処理の一例を示すブロック線図である。
【図５】操舵シミュレーション装置による操舵トルクの算出処理を示すフローチャートである。
【図６】操舵シミュレーション装置によるフィードバック用の前回操舵角の算出処理を示すフローチャートである。
【図７】車両モデルの操舵特性の評価方法を説明するためのブロック図である。
【図８】第１車両モデルを用いた場合の操舵トルクの算出結果を示すグラフである。
【図９】第２車両モデルを用いた場合の操舵トルクの算出結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１１】
［操舵シミュレーション装置の構成］
図１は、本実施形態に係る操舵シミュレーション装置を示すブロック図である。図２は、操舵シミュレーション装置による操舵トルクの算出処理を示すブロック線図である。図１及び図２に示す操舵シミュレーション装置１は、予め取得された目標操舵角に基づいて、所定の車両モデルＭの操舵角を目標操舵角に合わせるための操舵トルクを算出する装置である。
【００１２】
操舵シミュレーション装置１は、ＣＰＵ[Central  Processing  Unit]、ＲＯＭ[Read  Only  Memory]、ＲＡＭ[Random  Access  Memory]等を含む演算装置である。操舵シミュレーション装置１は、複数台の演算装置から構成されていてもよい。操舵シミュレーション装置１には、目標操舵角取得部２、及び記憶部３が接続されている。
【００１３】
目標操舵角取得部２は、従来の操舵角出力型ドライバモデルの操舵シミュレーション装置と接続され、従来の操舵シミュレーション装置の出力する目標操舵角を取得する機器である。目標操舵角とは、車両モデルＭにおいて目標軌跡に対する軌跡追従走行を行うための操舵角である。従来の操舵角出力型ドライバモデルの操舵シミュレーション装置としては、周知の装置を採用することができる。目標操舵角取得部２は、取得した目標操舵角を操舵シミュレーション装置１に出力する。なお、目標操舵角取得部２は、操舵シミュレーション装置１の内部に組み込まれていてもよい。
【００１４】
記憶部３は、目標操舵角の値ごとに予め対応付けられた予測操舵トルクを含む操舵特性マップデータＤを記憶している。予測操舵トルクとは、車両モデルＭの操舵角を目標操舵角に合わせるための操舵トルクの予測値である。なお、図２に示す操舵特性マップデータＤのグラフ形状のイメージは一例である。ここでは、閉じたＳ字状の枠としてグラフ形状のイメージを表現しているが、一本の曲線であってもよい。
【００１５】
次に、操舵シミュレーション装置１の機能的構成について説明する。操舵シミュレーション装置１は、機能的構成として、フィードフォワード部１０、車両モデル演算部１１、フィードバック部１２、及び操舵トルク算出部１３を備えている。
【００１６】
フィードフォワード部１０は、目標操舵角取得部２の取得した目標操舵角に基づいて、予測操舵トルクを算出する。フィードフォワード部１０は、記憶部３の記憶している操舵特性マップデータＤを利用して、目標操舵角から予測操舵トルクを算出する。
【００１７】
具体的に、フィードフォワード部１０は、目標操舵角取得部２から目標操舵角を入力されると、記憶部３から操舵特性マップデータＤを読み出し、操舵特性マップデータＤを利用して、目標操舵角に予め対応付けられた予測操舵トルクを算出する。
【００１８】
ここで、図３は、フィードフォワード部１０における処理の一例を示すブロック線図である。図３に示すように、操舵特性マップデータＤは、目標操舵角とばね分予測操舵トルクとの関係を規定するばね分操舵特性マップデータＤ１、目標操舵角と摩擦分予測操舵トルクとの関係を規定する摩擦分操舵特性マップデータＤ２、及び目標操舵角と減衰分予測操舵トルクとの関係を規定する減衰分操舵特性マップデータＤ３に分解して扱ってもよい。すなわち、操舵特性マップデータＤは、例えばフィードフォワード部１０の算出処理を容易にするため、任意の方法で分解して扱ってもよい。なお、ばね分、摩擦分、減衰分は、技術的内容を示す言葉ではなく便宜上の呼称として用いている。
【００１９】
この場合において、フィードフォワード部１０は、ばね分操舵特性マップデータＤ１、摩擦分操舵特性マップデータＤ２、及び減衰分操舵特性マップデータＤ３のそれぞれを利用して、目標操舵角からばね分予測操舵トルク、摩擦分予測操舵トルク、及び減衰分予測操舵トルクを算出し、これらを足し合わせることによって予測操舵トルクを算出する。フィードフォワード部１０は、算出した予測操舵トルクを操舵トルク算出部１３に出力する。
【００２０】
なお、フィードフォワード部１０は、操舵特性マップデータＤを利用して予測操舵トルクを算出すればよく、厳密な意味でフィードフォワード制御を実行する必要はない。
【００２１】
車両モデル演算部１１は、所定の車両モデルＭを利用して、フィードバック用の前回操舵角を算出する。図１及び図２に示すように、車両モデル演算部１１は、後述する操舵トルク算出部１３によって前回算出された操舵トルク（予め取得された前回操舵トルク）を車両モデルＭに入力することで、フィードバックに用いる車両モデルＭの操舵角（前回操舵角）を算出する。車両モデルＭは、操舵トルクの入力に対して操舵角の出力を行うものであれば、車両制御システムについてのシミュレーションに利用される周知の車両モデルを採用することができる。
【００２２】
なお、前回操舵トルクとは、操舵シミュレーション装置１において繰り返し算出される操舵トルクのうち、前回取得された目標操舵角（すなわち、今回取得された目標操舵角の１回前に取得された目標操舵角）に基づいて算出された操舵トルクに相当する。前回操舵角とは、前回操舵トルクを車両モデルＭに入力することで算出されたフィードバック用の操舵角である。車両モデル演算部１１は、算出したフィードバック用の前回操舵角をフィードバック部１２に出力する。
【００２３】
フィードバック部１２は、目標操舵角取得部２の取得した目標操舵角と車両モデル演算部１１から出力された前回操舵角との差に基づいて、修正操舵トルクを算出する。フィードバック部１２は、前回操舵トルクに応じて車両モデル演算部１１からフィードバックされた前回操舵角を利用して、今回の操舵トルクの算出に用いる修正操舵トルクを算出する。
【００２４】
具体的に、フィードバック部１２は、目標操舵角取得部２から目標操舵角を入力される。また、フィードバック部１２は、車両モデル演算部１１から前回操舵角を入力される。そして、フィードバック部１２は、目標操舵角と前回操舵角との差に基づいて、修正操舵トルクを算出する。なお、フィードバック部１２は、今回のシミュレーションが初回である場合には、前回操舵角として予め設定した初期値を用いる。
【００２５】
ここで、図４は、フィードバック部１２における処理の一例を示すブロック線図である。図４に示すように、フィードバック部１２は、目標操舵角と前回操舵角との差に基づくフィードバック制御（ＰＩＤ制御）を実行して、修正操舵トルクを算出する。ＰＩＤ制御は周知の技術であるため説明は省略する。ＰＩＤ制御に用いるパラメータ（ドライバモデルパラメータ）の一例としては、比例ゲインＫｐを10.0［Nm/rad］、積分時間Ｔｉを1.0［s］、微分時間Ｔｄを0.1［s］とすることができる。パラメータはこれらの値に限定されず適宜変更してよい。フィードバック制御は、ＰＩＤ制御に限られず、目標操舵角と前回操舵角との差から修正操舵トルクを算出できる周知の制御を採用することができる。フィードバック部１２は、算出した修正操舵トルクを操舵トルク算出部１３に出力する。
【００２６】
操舵トルク算出部１３は、図１及び図２に示すように、予測操舵トルクと修正操舵トルクとに基づいて操舵トルクを算出する。より具体的には、操舵トルク算出部１３は、予測操舵トルクと修正操舵トルクとを足し合わせて操舵トルクを算出する。操舵トルク算出部１３は、算出した操舵トルクを車両モデルＭに出力する。
【００２７】
［操舵シミュレーション装置による操舵トルクの算出処理］
次に、本実施形態に係る操舵シミュレーション装置１による操舵トルクの算出処理について説明する。図５は、操舵シミュレーション装置１による操舵トルクの算出処理を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、目標操舵角取得部２が目標操舵角を取得することで開始される。
【００２８】
図５に示すように、Ｓ１０において、操舵シミュレーション装置１は、フィードフォワード部１０によって、記憶部３から読み出した操舵特性マップデータＤを利用して、目標操舵角取得部２により入力された目標操舵角から予測操舵トルクを算出する。フィードフォワード部１０は、算出した予測操舵トルクを操舵トルク算出部１３に出力する。操舵シミュレーション装置１は、予測操舵トルクを操舵トルク算出部１３に出力すると、Ｓ１２に移行する。
【００２９】
Ｓ１２において、操舵シミュレーション装置１は、フィードバック部１２によって、目標操舵角と前回操舵角との差に基づいて修正操舵トルクを算出する。より具体的には、操舵シミュレーション装置１は、フィードバック部１２によって、目標操舵角と前回操舵角との差に基づくフィードバック制御（ＰＩＤ制御）を実行して、修正操舵トルクを算出する。なお、前回操舵角の算出処理については後述する。操舵シミュレーション装置１は、算出した修正操舵トルクを操舵トルク算出部１３に出力する。操舵シミュレーション装置１は、修正操舵トルクを操舵トルク算出部１３に出力すると、Ｓ１４に移行する。
【００３０】
Ｓ１４において、操舵シミュレーション装置１は、操舵トルク算出部１３によって、予測操舵トルクと修正操舵トルクとに基づいて操舵トルクを算出する。より具体的には、操舵シミュレーション装置１は、操舵トルク算出部１３によって、予測操舵トルクと修正操舵トルクとを足し合わせて操舵トルクを算出する。その後、操舵シミュレーション装置１は、目標操舵角取得部２により今回取得された目標操舵角に対応する操舵トルクの算出処理を終了すると共に、図５に示すフローチャートを繰り返して、次回の操舵トルクの算出処理を実行する。
【００３１】
続いて、本実施形態に係る操舵シミュレーション装置１によるフィードバック用の前回操舵角の算出処理について説明する。図６は、操舵シミュレーション装置によるフィードバック用の前回操舵角の算出処理を示すフローチャートである。図６に示すフローチャートは、図５に示すフローチャートが実行されて操舵トルクが算出される度に実行される。
【００３２】
図６に示すように、Ｓ２０において、操舵シミュレーション装置１は、車両モデル演算部１１によって、操舵トルク算出部１３により算出された前回操舵トルクを車両モデルＭに入力する。操舵シミュレーション装置１は、前回操舵トルクを車両モデルＭに入力すると、Ｓ２２に移行する。
【００３３】
Ｓ２２において、操舵シミュレーション装置１は、車両モデル演算部１１によって、車両モデルＭに入力した前回操舵トルクに基づいて、車両制御システムについてのシミュレーションを実行して車両モデルＭの前回操舵角を算出する。操舵シミュレーション装置１は、算出したフィードバック用の前回操舵角をフィードバック部１２に出力する。その後、操舵シミュレーション装置１は、前回操舵角の算出処理を終了する。
【００３４】
［操舵シミュレーション装置の作用効果］
以上説明した本実施形態に係る操舵シミュレーション装置１によれば、目標操舵角の値ごとに予め対応付けられた予測操舵トルクを含む操舵特性マップデータＤを利用して、目標操舵角から予測操舵トルクを算出することで、上記非特許文献において開示されているような従来のドライバモデルを用いる方法と比べて、操舵シミュレーションにおける操舵トルクの出力のために多数のパラメータを調整する必要が無くなり、操舵シミュレーションにおける操舵トルクの算出を容易に行うことができる。これにより、操舵シミュレーション装置１によれば、操舵トルク入力モデルの汎用性の高い操舵シミュレーションを提供することができる。
【００３５】
［操舵シミュレーション装置の利用例］
続いて、操舵シミュレーション装置１の利用例について説明する。操舵シミュレーション装置１を利用することで、様々な車両モデルの操舵特性（車両モデルに入力された操舵トルクと車両モデルから出力される操舵角との関係）の評価を行うことが可能である。すなわち、車両設計の段階において、設計中の車両構造に対応する車両モデルを生成し、操舵シミュレーション装置１を利用して当該車両モデルの操舵特性を評価することで、評価結果を車両設計に活かすことができる。
【００３６】
ここで、図７は、車両モデルの操舵特性の評価方法を説明するためのブロック図である。図８は、第１車両モデルＭ１を用いた場合の操舵トルクの算出結果を示すグラフである。図９は、第２車両モデルＭ２を用いた場合の操舵トルクの算出結果を示すグラフである。ここでは、操舵特性マップデータＤが理想的な操舵特性を有するように設定されている。第１車両モデルＭ１及び第２車両モデルＭ２は、設計中の車両構造に対応する車両モデルである。第１車両モデルＭ１及び第２車両モデルＭ２は、互いに異なる操舵特性を有している。
【００３７】
図８の縦軸は操舵トルク、横軸は車両の走行距離（シミュレーション上の走行距離）である。図８において、操舵シミュレーション装置１の操舵トルク算出部１３が算出した最終的な操舵トルクを一点鎖線で示す。また、フィードフォワード部１０の算出した予測操舵トルクを破線、フィードバック部１２の算出した修正操舵トルクを実線で示す。
【００３８】
図８に示すように、操舵シミュレーション装置１の車両モデルとして第１車両モデルＭ１を用いた場合には、修正操舵トルクがほぼゼロ近辺の値となっており、予測操舵トルクと最終的に算出される操舵トルクとの差が比較的小さい。これは、最終的な操舵トルクを第１車両モデルＭ１に入力して得られた操舵角（前回操舵角）と目標操舵角の差がほとんど無く、フィードバックによる修正が少ないことを意味している。また、理想的な操舵特性の操舵特性マップデータＤを用いて算出された予測操舵トルクをほぼそのまま最終的な操舵トルクとして採用できていることを意味する。すなわち、図８の結果は、第１車両モデルＭ１の操舵特性が操舵特性マップデータＤの理想的な操舵特性に近いと評価できることを示している。
【００３９】
これに対し、図９に示すように、車両モデルとして第２車両モデルＭ２を用いた場合には、修正操舵トルクがゼロから離れた値となっており、予測操舵トルクと最終的に算出される操舵トルクとの差が比較的大きい。これは、最終的な操舵トルクを第２車両モデルＭ２に入力して得られた操舵角と目標操舵角の差が大きく、フィードバックによる修正が多いことを意味している。また、理想的な操舵特性の操舵特性マップデータＤを用いて算出された予測操舵トルクを、最終的な操舵トルクとしてそのまま採用できず、第２車両モデルＭ２の操舵角を目標操舵角に近づけるためには常にフィードバックによる修正が必要となっていることを意味する。すなわち、図９の結果は、第２車両モデルＭ２の操舵特性が操舵特性マップデータＤの理想的な操舵特性から乖離していると評価できることを示している。
【００４０】
以上説明したように、操舵シミュレーション装置１を利用して、設計中の車両構造に対応する車両モデルの操舵特性を評価することができる。
【００４１】
［操舵シミュレーション装置の変形例］
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。
【００４２】
例えば、操舵シミュレーション装置１のフィードフォワード部１０は、操舵状態に応じて異なる操舵特性マップデータを用いてもよい。この場合、記憶部３は、操舵において切り増している場合（目標操舵角が増大している場合）に適用される第１操舵特性マップデータと、操舵を戻している場合（目標操舵角が減少している場合）に適用される第２操舵特性マップデータとを記憶している。
【００４３】
また、操舵シミュレーション装置１は、目標操舵角の履歴に基づいて、操舵において切り増している場合であるか、操舵を戻している場合であるかを判定する操舵判定部を有している。操舵シミュレーション装置１は、操舵判定部により操舵において切り増している場合であると判定されたとき、第１操舵特性マップデータを利用して目標操舵角から予測操舵トルクを算出する。操舵シミュレーション装置１は、操舵判定部により操舵を戻している場合であると判定されたとき、第２操舵特性マップデータを利用して目標操舵角から予測操舵トルクを算出する。車両は操舵を切り増している場合と戻している場合とで操舵特性に差がある構成となっているときが存在することから、操舵状態を考慮して第１操舵特性マップデータ又は第２操舵特性マップデータを利用することで、より有用な操舵シミュレーションを実施することができる。
【００４４】
また、操舵特性マップデータＤは、操舵シミュレーション装置１に記憶されていてもよい。この場合、操舵シミュレーション装置１には、記憶部３が接続されていなくてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１…操舵シミュレーション装置、１０…フィードフォワード部、１１…車両モデル演算部、１２…フィードバック部、１３…操舵トルク算出部、Ｄ…操舵特性マップデータ、Ｍ…車両モデル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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