JP2007237820A - 車両の自動走行制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動走行制御システムにおいて、走行路面の凹凸による走行安定性や乗り心地の悪化が問題とならない範囲内で自動走行制御を実行できるようにする。
【解決手段】車両の少なくとも１つの車輪の上下方向の振動を検出する加速度センサ４３の出力信号等に基づいて路面凹凸度合を推定し、この路面凹凸度合が所定値α以上であれば、自動走行制御を禁止する。また、実車速が遅くなれば、走行安定性にさほど配慮する必要がなくなるという事情を考慮して、実車速が所定車速β以下のときには、路面凹凸度合が所定値α以上であっても、自動走行制御を禁止しないようにする。また、自動走行制御の実行中は、路面凹凸度合が大きくなるほど、自動走行制御の制御ゲインを小さくするようにする。これにより、路面凹凸度合が大きくなるほど、目標車速に対する追従性を遅くして、走行安定性や乗り心地に悪影響を及ぼす急激な加減速を避ける。
【選択図】図５

Description

本発明は、走行モードが自動走行モードに設定されているときに車速を自動的に制御する車両の自動走行制御装置に関する発明である。

従来より、車両の自動走行制御装置としては、運転者がスイッチ操作でセットした目標車速で定速走行するクルーズコントロール装置が知られているが、近年、特許文献１（特許第３５５５４５０号公報）に記載されているように、先行車両との車間距離を一定に保って追従するように自車両の車速を制御する追従走行制御システムも開発されている。

更に、この特許文献１の追従走行制御システムでは、走行安定性を確保するために、路面の摩擦係数を検出して、雪道、凍結路、降雨路等のスリップが発生しやすい低摩擦係数の路面を走行するときには追従走行制御を禁止するようにしている。
特許第３５５５４５０号公報（第１頁〜第２頁等）

しかし、定速走行制御や追従走行制御による自動走行制御を行う場合、走行安定性が損なわれる路面は、低摩擦係数の滑りやすい路面に限らず、例えば、路面の凹凸が大きくなると、走行中の車体の上下振動が大きくなってタイヤのグリップ力が低下し、走行安定性が損なわれたり、乗り心地が悪くなる可能性がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、走行路面の凹凸による走行安定性や乗り心地の悪化が問題とならない範囲内で自動走行制御を実行できる車両の自動走行制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、走行モードが自動走行モードに設定されているときに車速を自動的に制御する自動走行制御を行う自動走行制御手段を備えた車両の自動走行制御装置において、車両の走行路面の凹凸度合を路面凹凸判定手段により判定し、判定した走行路面の凹凸度合が所定値以上である場合は、前記自動走行制御手段による自動走行制御を自動走行禁止手段で禁止（解除）するようにしたものである。このようにすれば、路面の凹凸度合が大きく、走行安定性や乗り心地が損なわれる可能性のある場合は、自動走行制御が禁止（解除）されるので、走行路面の凹凸による走行安定性や乗り心地の悪化が問題とならない範囲内で自動走行制御を実行することができる。

この場合、請求項２のように、車速検出手段で検出した車速が所定車速以下のときには、前記路面凹凸判定手段で判定した走行路面の凹凸度合が所定値以上であっても、前記自動走行制御手段による自動走行制御を禁止しないようにすると良い。つまり、走行路面の凹凸度合が大きくても、車速が遅くなれば、走行安定性にさほど配慮する必要がなくなるため、車速が所定車速以下のときに、自動走行制御を禁止しないようにすれば、走行安定性を維持しながら自動走行制御の実行領域を低車速域に拡大することができる。

また、請求項３のように、操舵量検出手段で検出したステアリングハンドルの操舵量（操舵角）が所定値以下のときには、前記路面凹凸判定手段で判定した走行路面の凹凸度合が所定値以上であっても、前記自動走行制御手段による自動走行制御を禁止しないようにしても良い。つまり、走行路面の凹凸度合が大きくても、操舵量が小さい場合は、操舵量が大きい場合と比較して、走行安定性の低下度合が少ないため、操舵量が所定値以下のときに、自動走行制御を禁止しないようにすれば、走行安定性を維持しながら自動走行制御の実行領域を拡大することができる。

また、請求項４，５のように、路面凹凸判定手段で判定した走行路面の凹凸度合に応じて前記自動走行制御手段による自動走行制御の制御ゲインを制御ゲイン可変手段によって変化させるようにしても良い。このようにすれば、自動走行制御の実行中に目標車速に対する追従性を走行路面の凹凸度合に応じて変化させて、例えば、走行路面の凹凸度合が大きくなるほど、目標車速に対する追従性を遅くして、走行安定性に悪影響を及ぼす急激な加減速を避けることができ、走行路面の凹凸に対する自動走行制御の走行安定性や乗り心地を向上させることができる。

尚、走行路面の凹凸度合に応じて自動走行制御の制御ゲインを変化させる制御ゲイン可変手段は、走行路面の凹凸度合が所定値以上であるときに自動走行制御を禁止する自動走行禁止手段と組み合わせて実施しても良いし（請求項４）、制御ゲイン可変手段のみを単独で実施しても良い（請求項５）。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関である例えば直列４気筒のエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。エンジン運転中は、燃料タンク２１内の燃料が燃料ポンプ２２によりデリバリパイプ２３に送られ、各気筒の噴射タイミング毎に各気筒の燃料噴射弁２０から燃料が噴射される。デリバリパイプ２３には、燃料圧力（燃圧）を検出する燃圧センサ２４が取り付けられている。

また、エンジン１１には、吸気バルブ２５と排気バルブ２６の開閉タイミングをそれぞれ可変する可変バルブタイミング機構２７，２８が設けられている。更に、エンジン１１には、吸気カム軸２９と排気カム軸３０の回転に同期してカム角信号を出力する吸気カム角センサ３１と排気カム角センサ３２が設けられ、エンジン１１のクランク軸の回転に同期して所定クランク角毎（例えば３０℃Ａ毎）にクランク角信号のパルスを出力するクランク角センサ３３が設けられている。

一方、エンジン１１の各気筒の排気マニホールド３５が集合する排気集合部３６には、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ３７が設置され、この空燃比センサ３７の下流側に排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒３８が設けられている。

その他、このエンジン制御システムには、車速を検出する車速センサ４１（車速検出手段）と、ステアリングハンドルの操舵量（操舵角）を検出するステアリングセンサ４２（操舵量検出手段）と、走行路面の凹凸度合を判定するための信号を出力する加速度センサ４３等が設けられている。この場合、加速度センサ４３は、車両の少なくとも１つの車輪の上下方向の振動を検出するように設置されている。

これら各種のセンサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）４０に入力される。このＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じてスロットル開度、各気筒の燃料噴射弁２０の燃料噴射量、点火時期を制御する。

このＥＣＵ４０は、図２の自動走行制御実行条件判定ルーチンを実行することで、自動走行制御（定速走行又は追従走行制御）の許可／禁止を判定し、自動走行制御が許可されている場合は、図３の自動走行制御ルーチンによって自動走行制御を実行する。以下、これら各ルーチンの処理内容を説明する。

［自動走行制御実行条件判定ルーチン］
図２の自動走行制御実行条件判定ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で実行され、まずステップ１０１で、運転者のスイッチ操作によって走行モードが自動走行モードに設定されているか否かを判定し、自動走行モードに設定されていなければ、ステップ１０６に進み、自動走行制御を禁止して本ルーチンを終了する。

これに対して、上記ステップ１０１で、走行モードが自動走行モードに設定されていると判定されれば、ステップ１０２に進み、自動走行制御仮許可フラグがＯＮ（許可）であるか否かを判定する。ここで、自動走行制御仮許可フラグは、車両状態が自動走行制御を実行可能な状態になっているか否かを判定するフラグであり、例えば次の条件(1) 〜(3) を全て満たすか否かでＯＮ（許可）とＯＦＦ（禁止）とが切り替えられる。

(1) 冷却水温が所定温度以上であること
(2) エアバッグが作動していないこと
(3) スロットル、ブレーキ、アクセル等の車両走行制御システムに異常が検出されていないこと

これら３つの条件(1) 〜(3) のうちのいずれか１つでも満たさない条件があれば、車両状態が自動走行制御を実行可能な状態になっていないと判断されて、自動走行制御仮許可フラグがＯＦＦ（禁止）にセットされるため、ステップ１０６に進み、自動走行制御を禁止して本ルーチンを終了する。

一方、上記３つの条件(1) 〜(3) を全て満たせば、車両状態が自動走行制御を実行可能な状態になっていると判断されて、自動走行制御仮許可フラグがＯＮ（許可）にセットされるため、ステップ１０３に進み、車両の少なくとも１つの車輪の上下方向の振動を検出する加速度センサ４３の出力信号に基づいて路面凹凸度合を推定する。このステップ１０３の処理が特許請求の範囲でいう路面凹凸判定手段としての役割を果たす。この後、ステップ１０４に進み、路面凹凸度合が所定値αよりも大きいか否かを判定し、路面凹凸度合が所定値α以下であれば、ステップ１０７に進み、自動走行制御を許可して本ルーチンを終了する。

上記ステップ１０４で、路面凹凸度合が所定値αよりも大きいと判定されれば、ステップ１０５に進み、車速センサ４１で検出した実車速Ｓｐ２が所定車速βよりも速いか否かを判定し、実車速Ｓｐ２が所定車速β以下であれば、ステップ１０７に進み、自動走行制御を許可して本ルーチンを終了する。これにより、路面凹凸度合が所定値αよりも大きい場合でも、実車速Ｓｐ２が所定車速β以下であれば、自動走行制御が許可される。

一方、上記ステップ１０５で、実車速Ｓｐ２が所定車速βよりも速いと判定されれば、ステップ１０６に進み、自動走行制御を禁止して本ルーチンを終了する。これにより、路面凹凸度合が所定値αよりも大きく、且つ、実車速Ｓｐ２が所定車速βよりも速い場合のみ、自動走行制御が禁止される。以上説明したステップ１０４〜１０６の処理が特許請求の範囲でいう自動走行禁止手段としての役割を果たす。

図３の自動走行制御ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう自動走行制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、自動走行制御が許可されているか否かを判定し、自動走行制御が禁止されていれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

これに対して、上記ステップ２０１で、自動走行制御が許可されていると判定されれば、ステップ２０２に進み、目標車速Ｓｐ１を設定する。ここで、自動走行制御が定速走行制御であれば、運転者のスイッチ操作によって目標車速Ｓｐ１が設定される。また、自動走行制御が追従走行制御であれば、先行車両と自車両との車間距離と先行車両の車速を検出して、先行車両と自車両との車間距離を所定値に維持しながら追従走行するのに必要な目標車速Ｓｐ１が先行車両との車間距離と先行車両の車速に基づいて算出される。

この後、ステップ２０３に進み、目標車速Ｓｐ１と車速センサ４１で検出した実車速Ｓｐ２との偏差ΔＳｐ（＝Ｓｐ１−Ｓｐ２）を算出し、次のステップ２０４で、目標車速Ｓｐ１と実車速Ｓｐ２との偏差ΔＳｐを小さくするようにＰＩＤ制御により目標エンジントルクＴｅｔｇを次式により算出する。
Ｔｅｔｇ＝Ｋｐ・ΔＳｐ＋Ｋｉ・∫ΔＳｐ・ｄｔ＋Ｋｄ・ｄΔＳｐ／ｄｔ
ここで、Ｋｐは比例ゲイン（Ｐゲイン）、Ｋｉは積分ゲイン（Ｉゲイン）、Ｋｄは微分ゲイン（Ｄゲイン）である。

これら各制御ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄは、予め適合工程等で設定した一定値を用いても良いが、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、路面凹凸度合に応じて各制御ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄをマップ等により連続的又は段階的に可変設定するようにしても良い。この場合、路面凹凸度合が大きくなるほど、各制御ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄを小さくして、目標車速Ｓｐ１に対する追従性を遅くするようにすると良い。

この後、ステップ２０５に進み、エンジン１１の発生トルクを目標エンジントルクＴｅｔｇに一致させるように、スロットル開度（吸入空気量）、点火時期、燃料噴射量、バルブタイミング等を制御することで、実車速Ｓｐ２を目標車速Ｓｐ１に追従させる。

以上説明した本実施例の自動走行制御（追従走行制御）の一例を図５のタイムチャートを用いて説明する。この図５の制御例では、時刻ｔ1 で、運転者のスイッチ操作によって走行モードが自動走行モード（追従走行制御モード）に設定され、自動走行制御仮許可フラグがＯＮ（許可）に切り替えられる。この時点ｔ1 では、路面凹凸度合が所定値α以下であるため、直ちに自動走行制御が許可され、自動走行制御が開始される。

この後は、時刻ｔ4 に達するまで、路面凹凸度合が所定値α以下であるため、時刻ｔ2 、ｔ3 で、自動走行制御仮許可フラグのＯＮ（許可）／ＯＦＦ（禁止）が切り替わるのと同時に、自動走行制御の許可／禁止が切り替わる。

この後、路面凹凸度合が所定値αを超えた時点ｔ4 で、自動走行制御仮許可フラグのＯＮ（許可）であっても、自動走行制御が禁止（解除）される。この自動走行制御の禁止状態は、時刻ｔ5 で、自動走行制御仮許可フラグがＯＦＦ（禁止）に切り替わっても、維持される。その後、時刻ｔ6 で、自動走行制御仮許可フラグがＯＮ（許可）に切り替えられても、路面凹凸度合が所定値αを超えているため、自動走行制御の禁止状態が維持される。

以上説明した本実施例では、路面凹凸度合が所定値αを超えると、自動走行制御が禁止されるため、走行路面の凹凸による走行安定性や乗り心地の悪化が問題とならない範囲内で自動走行制御を実行できる。

しかも、本実施例では、路面凹凸度合が大きくても、実車速Ｓｐ２が遅くなれば、走行安定性にさほど配慮する必要がなくなるという事情を考慮して、実車速Ｓｐ２が所定車速β以下のときには、路面凹凸度合が所定値α以上であっても、自動走行制御を禁止しないようにしたので、走行安定性を維持しながら自動走行制御の実行領域を低車速域に拡大することができる。

更に、目標車速Ｓｐ１と実車速Ｓｐ２との偏差ΔＳｐを小さくするようにＰＩＤ制御により目標エンジントルクＴｅｔｇを算出する際に、図４に示すように、路面凹凸度合が大きくなるほど、ＰＩＤ制御の各ゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄを小さくするようにすれば、路面凹凸度合が大きくなるほど、目標車速Ｓｐ１に対する追従性を遅くして、走行安定性や乗り心地に悪影響を及ぼす急激な加減速を避けることができ、走行路面の凹凸に対する自動走行制御の走行安定性や乗り心地を向上させることができる。
尚、自動走行制御は、ＰＩＤ制御に限定されず、例えばＰＩ制御で車速を制御するようにしても良い。

また、本発明は、ステアリングセンサ４２で検出したステアリングハンドルの操舵量（操舵角）が所定値以下のときには、路面凹凸度合が所定値α以上であっても、自動走行制御を禁止しないようにしても良い。つまり、路面凹凸度合が大きくても、操舵量が小さい場合は、操舵量が大きい場合と比較して、走行安定性の低下度合が少ないため、操舵量が所定値以下のときに、自動走行制御を禁止しないようにすれば、走行安定性を維持しながら自動走行制御の実行領域を拡大することができる。

また、路面凹凸度合に応じて自動走行制御の制御ゲインを変化させる技術（制御ゲイン可変手段）は、路面凹凸度合とは関係なく、それ単独で実施しても良い。
また、本実施例では、車両の少なくとも１つの車輪の上下方向の振動を検出する加速度センサ４３の出力信号に基づいて路面凹凸度合を推定するようにしたが、例えば、車輪のサスペンション装置の上下伸縮量（サスペンションアームの変位量）を検出するサスペンションセンサ（又は車高センサ）と車体の上下振動を検出する加速度センサとを設け、サスペンション装置の上下伸縮量と車体の上下振動との差分から路面凹凸度合を推定するようにしたり、或は、これ以外の方法で路面凹凸度合を推定するようにしても良い。

本発明の一実施例を示すエンジン制御システム全体の構成を概略的に示す図である。 自動走行制御実行条件判定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 自動走行制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）はＰゲインＫｐを算出するマップの一例を示し、（ｂ）はＩゲインＫｉを算出するマップの一例を示し、（ｃ）はＤゲインＫｄを算出するマップの一例を示す図である。 自動走行制御の一例を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１１…エンジン、１５…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、４０…ＥＣＵ（自動走行制御手段，路面凹凸判定手段，自動走行禁止手段）、４１…車速センサ（車速検出手段）、４２…ステアリングセンサ（操舵量検出手段）、４３…加速度センサ

Claims (5)

1. 走行モードが自動走行モードに設定されているときに車速を自動的に制御する自動走行制御を行う自動走行制御手段と、
   車両の走行路面の凹凸度合を判定する路面凹凸判定手段と、
   前記路面凹凸判定手段で判定した走行路面の凹凸度合が所定値以上であるときに前記自動走行制御手段による自動走行制御を禁止する自動走行禁止手段と
   を備えていることを特徴とする車両の自動走行制御装置。
2. 車速を検出する車速検出手段を備え、
   前記自動走行禁止手段は、前記車速検出手段で検出した車速が所定車速以下のときには、前記路面凹凸判定手段で判定した走行路面の凹凸度合が所定値以上であっても、前記自動走行制御手段による自動走行制御を禁止しないことを特徴とする請求項１に記載の車両の自動走行制御装置。
3. 車両のステアリングハンドルの操舵量を検出する操舵量検出手段を備え、
   前記自動走行禁止手段は、前記操舵量検出手段で検出した操舵量が所定値以下のときには、前記路面凹凸判定手段で判定した走行路面の凹凸度合が所定値以上であっても、前記自動走行制御手段による自動走行制御を禁止しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の自動走行制御装置。
4. 前記路面凹凸判定手段で判定した走行路面の凹凸度合に応じて前記自動走行制御手段による自動走行制御の制御ゲインを変化させる制御ゲイン可変手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両の自動走行制御装置。
5. 走行モードが自動走行モードに設定されているときに車速を自動的に制御する自動走行制御を行う自動走行制御手段と、
   車両の走行路面の凹凸度合を判定する路面凹凸判定手段と、
   前記路面凹凸判定手段で判定した走行路面の凹凸度合に応じて前記自動走行制御手段による自動走行制御の制御ゲインを変化させる制御ゲイン可変手段を備えていることを特徴とする車両の自動走行制御装置。

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