JP2011157932A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】勾配センサを用いずに、傾斜路における燃料カットハンチングを抑制することができる車両制御装置を提供する。
【解決手段】車両制御装置は、走行中の道路においてクルーズコントロールで要求される走行状態に自車を制御するための自車のエンジントルクＴ_Ｅを算出する（Ｓ１０９，Ｓ１１１）と共に、燃料カットを行わない時における前記自車の最小出力のエンジントルクＴ_ＭＩＮと、燃料カット時における前記自車のエンジントルクＴ_ＦＣと、を算出する（Ｓ１１５）。そして、Ｔ_ＦＣ＜Ｔ_Ｅ＜Ｔ_ＭＩＮの関係が成立する場合に（Ｓ１１７）、前記自車のエンジンの燃料カットを禁止する（Ｓ１１９）。
【選択図】図２

Description

本発明は、先行車を追従する追従制御を行う車両制御装置に関するものである。

従来、自動車を前方の先行車に追従させ走行させる追従制御が知られている。この追従制御において、走行中の道路の勾配等の条件によっては、エンジンの出力不可領域のトルクが要求される場合もある。この出力不可領域のトルクとは、燃料カット時のエンジントルクよりも大きく、燃料カットを行わない時における最小出力のエンジントルクよりも小さいトルクである。エンジンは特性上、上記領域のトルクを発生することができない。従って、この場合、要求トルクを実現しようとすれば、上記燃料カット時のエンジントルクと、上記最小出力のエンジントルクと、を交互に発生させるようなエンジンの駆動（「燃料カットハンチング」と称する）が行われるので、自動車のドライバビリティが悪化するといった問題があった。

上記のような燃料カットハンチングは、傾斜路等で発生し易いことに鑑み、下記特許文献１の車両制御装置では、勾配センサにより検出される道路の勾配等から燃料カットハンチングの発生可能性を推定している。そして、燃料カットハンチングの発生可能性がある場合に燃料カットを禁止することで、燃料カットハンチングを回避することとしている。

特開２００８−１８４１３７号公報

しかしながら、この種の車両制御装置においては、コスト低減を図るべく、可能な限り部品点数を削減することも求められている。従って、例えば、上記特許文献１の車両制御装置における勾配センサも省略して、前述の燃料カットハンチングを回避することが望まれる。

そこで、本発明は、勾配センサを用いずに、傾斜路における燃料カットハンチングを抑制することができる車両制御装置を提供することを目的とする。

本発明の車両制御装置は、先行車に追従する自車の追従制御を行う車両制御装置において、走行中の道路において自車を所望の走行状態に制御するための自車のエンジントルクＴ_Ｅと、燃料カットを行わない時における自車の最小出力のエンジントルクＴ_ＭＩＮと、燃料カット時における自車のエンジントルクＴ_ＦＣと、を算出し、Ｔ_ＦＣ＜Ｔ_Ｅ＜Ｔ_ＭＩＮの関係が成立する場合に、自車のエンジンの燃料カットを禁止することを特徴とする。

この車両制御装置によれば、自車の各エンジントルクＴ_ＦＣ，Ｔ_Ｅ，Ｔ_ＭＩＮを算出により求めることで、Ｔ_ＦＣ＜Ｔ_Ｅ＜Ｔ_ＭＩＮの関係が成立することを判定し、上記関係が成立する場合に燃料カットを禁止することとしている。従って、この車両制御装置によれば、勾配センサを用いずに、傾斜路における燃料カットハンチングを抑制することができる。

また、本発明の車両制御装置は、自車を先行車に一定車間で追従させるように制御する場合においては、先行車が一定車速で走行しているという条件が更に満たされる場合にのみ、自車のエンジンの燃料カットを禁止することとしてもよい。

先行車が一定車速で走行していない場合には、一定車間で追従する自車も一定車速で走行していないと考えられ、この場合、燃料カットハンチングが発生する可能性がほとんどないと考えられる。従って、車両制御装置の上記構成によれば、燃料カットハンチング発生の可能性がほとんどない場合には、燃料カットを許可することとし、燃料カットによる燃費改善を図ることができる。

本発明の車両制御装置によれば、勾配センサを用いずに、傾斜路における燃料カットハンチングを抑制することができる。

本発明の車両制御装置の一実施形態について構成を示すブロック図である。 図１の車両制御装置による処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る車両制御装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１に示す車両制御装置１は、自動車に搭載され、先行車に追従して走行する追従制御などのクルーズコントロールを行う装置である。車両制御装置１は、車両制御ＥＣＵ３と、ミリ波レーダ５と、回転数センサ７と、車速センサ９と、クルーズコントロールスイッチ１３と、エンジン制御ＥＣＵ２１と、ブレーキ制御ＥＣＵ２３と、を備えている。

車両制御ＥＣＵ３は、車両制御装置１の全体の制御を行う電子制御ユニットであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。車両制御ＥＣＵ３では、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のハードウエアが、所定のプログラムに従い協働して動作することによって、先行車への追従制御をはじめとするクルーズコントロールを実現する。

ミリ波レーダ５は、ミリ波を利用して物体を検出するためのレーダである。ミリ波レーダ５は、ミリ波を水平面内でスキャンしながら自車から前方に向けて送信し、反射してきたミリ波を受信する。そして、ミリ波レーダ５は、そのミリ波の送受信情報をレーダ信号として車両制御ＥＣＵ３に送信する。車両制御ＥＣＵ３は、レーダ信号に基づいて、先行車との車間距離や先行車の車速を認識することができる。

回転数センサ７は、エンジンの出力軸の回転数を検出し、回転数信号を車両制御ＥＣＵ３に出力する。車速センサ９は、車輪の回転速度を検出する車輪速センサである。車速センサ９では、車輪の回転速度を車速信号として車両制御ＥＣＵ３に送信する。車両制御ＥＣＵ３は、車輪の回転速度から自車速を算出する。

クルーズコントロールスイッチ１３は、クルーズコントロール機能のＯＮ（起動）／ＯＦＦ（停止）などの操作を行うためのスイッチである。スイッチ１３は、運転者によって行われた操作情報をスイッチ信号として車両制御ＥＣＵ３に送信する。車両制御ＥＣＵ３は、スイッチ１３からのスイッチ信号に基づいて、運転者がスイッチ１３に対するオン操作を行った場合にはクルーズコントロール機能を起動し、クルーズコントロール機能の作動中に運転者がスイッチ１３に対するオフ操作を行った場合にはクルーズコントロール機能を停止する。

更に、車両制御装置１は、自車の加減速の操作を行うべく、エンジン制御ＥＣＵ２１と、ブレーキ制御ＥＣＵ２３と、を備えている。エンジン制御ＥＣＵ２１は、車両制御ＥＣＵ３から送信されるエンジントルク要求値を受信し、当該要求値に応じてスロットルアクチュエータを操作したり、燃料噴射量を決定したりする。また、ブレーキ制御ＥＣＵ２３は、上記エンジントルク要求値を受信し、当該要求値に対応する操作量でブレーキアクチュエータ等を操作する。

車両制御装置１によるクルーズコントロールには、自車が先行車に一定の車間距離（又は車間時間でもよい）で追従する追従制御と、先行車が存在しないなどの場合に自車を一定車速で走行させる定速制御と、が含まれる。追従制御においては、車両制御ＥＣＵ３は、ミリ波レーダ５からのレーダ信号に基づいて、先行車との車間距離や先行車の車速を認識する。そして、車両制御ＥＣＵ３は、車間距離を一定にする自車の加速度に対応するトルク要求値を、エンジン制御ＥＣＵ２１及びブレーキ制御ＥＣＵ２３に送信する。このような処理により、自車は一定の車間距離を維持しながら先行車に追従して走行する。

また、定速制御においては、車両制御ＥＣＵ３は、車速をクルーズコントロール設定車速で一定にするための自車の加速度に対応するトルク要求値を、エンジン制御ＥＣＵ２１及びブレーキ制御ＥＣＵ２３に送信する。このような処理により、自車はクルーズコントロール設定車速に合わせて一定の車速を維持しながら走行する。この場合、上記のクルーズコントロール設定車速は、運転者が入力設定してもよい。

ところが、このようなクルーズコントロール中において、走行中の道路の勾配によっては、エンジンの出力不可領域のトルクが要求される場合もある。出力不可領域のトルクとは、燃料カット時のエンジントルクよりも大きく、燃料カットを行わない時（「非燃料カット時」という）の最小出力のエンジントルクよりも小さいトルクである。例えば、長い下り坂でクルーズコントロールが行われる場合などに出力不可領域のトルク要求が発生し易い。この場合、要求トルクを実現すべく、上記燃料カット時のエンジントルクと、上記非燃料カット時の最小出力のエンジントルクと、を交互に発生させるようなエンジンの制御（「燃料カットハンチング」と称する）が行われてしまい、自動車のドライバビリティが悪化するといった問題があった。

そこで、この燃料カットハンチングを抑制すべく、車両制御ＥＣＵ３では、燃料カットを所定の条件下で禁止するといった制御を行う。以下、車両制御ＥＣＵ３によるクルーズコントロールの処理について、図２を参照しながら具体的に説明する。車両制御ＥＣＵ３は、自車の走行中において、図２の処理を繰り返し行う。

図２に示すように、車両制御ＥＣＵ３は、まず、自車がクルーズコントロール中であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。具体的には、下の３項目（ａ）〜（ｃ）がすべて成立する場合はクルーズコントロール中であると判定し、それ以外の場合はクルーズコントロール中ではないと判定する。
(a)クルーズコントロールスイッチ１３がＯＮである。
(b)クルーズコントロールの制御実行が可能か否かを示すフラグがＯＮである。なお、このフラグは、クルーズコントロールに必要なセンサ類がすべて作動中である場合にＯＮとなる。
(c)エンジン制御ＥＣＵ２１における目標トルクが、クルーズコントロールの要求値を実現するための値となっている。

ここで、クルーズコントロール中でないと判定された場合には（Ｓ１０１でＮｏ）、処理を終了する。クルーズコントロール中であると判定された場合には（Ｓ１０１でＹｅｓ）、車両制御ＥＣＵ３は、クルーズコントロール制御の要求値（例えばここでは、要求エンジントルク）の演算を行う（Ｓ１０３）。要求エンジントルクの演算の一例は、例えば、特開平１１−４２９５６号公報に開示されているように公知であるので、詳細な説明を省略する。ここで求められた要求エンジントルク値が、エンジン制御ＥＣＵ２１及び／又はブレーキ制御ＥＣＵ２３に送信されることにより、クルーズコントロールを実現するための自車の加減速が行われる。

次に、車両制御ＥＣＵ３は、自車が先行車を追従する追従制御中であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。具体的には、車両制御ＥＣＵ３は、ミリ波レーダ５からのレーダ信号に基づいて、先行車との車間距離Ｌを取得し、予め定められた閾値Ｌ_Ｔとの大小比較を行う。そして、Ｌ＜Ｌ_Ｔの場合には、追従制御中であると判定し、それ以外の場合には、追従制御中でないと判定する。上記の閾値Ｌ_Ｔを一定の値としてもよく、予め準備したマップを参照し自車の車速ｖに対応した閾値Ｌ_Ｔを採用してもよい。

また、処理Ｓ１０５では、上記の車間距離Ｌに代えて、ｔ＝Ｌ／ｖで定義される車間時間ｔを判断基準としてもよい。すなわち、車両制御ＥＣＵ３は、車速センサ９からの車速信号に基づいて自車の車速ｖを取得し、ミリ波レーダ５からのレーダ信号に基づいて車間距離Ｌを取得し、車間時間ｔを算出する。そして、車間時間ｔを、予め定められた閾値ｔ_Ｔと大小比較し、ｔ＜ｔ_Ｔの場合には、追従制御中であると判定し、それ以外の場合には、追従制御中でないと判定する。上記の閾値ｔ_Ｔを一定の値としてもよく、予め準備したマップを参照し自車の車速ｖに対応した閾値ｔ_Ｔを採用してもよい。

また、処理Ｓ１０５では、先行車の追従状態であるか否かを示す制御演算用フラグの値を参照することで、追従制御中であるか否かを判定してもよい。この制御演算用フラグは、クルーズコントロール制御の演算の中で用いられているものである。

前述の処理Ｓ１０５において、自車が先行車の追従制御中ではないと判定された場合には（Ｓ１０５でＮｏ）、追従制御中以外（ここでは、定速制御中）における「必要エンジントルクＴ_Ｅ」を、エンジン出力値や自車の車両状態量から推定する（Ｓ１１１）。ここで、「必要エンジントルクＴ_Ｅ」とは、現在走行中の道路において、クルーズコントロールで要求される走行状態（ここでは、一定車速で走行する状態）に自車を制御するために必要な自車のエンジントルクを意味するものとする。具体的には、自車のタイヤの位置での力のバランスより方程式を立てて、実状態（下式(1)）とクルーズコントロール走行時における制御理想状態（下式(2)）とを比較する。

式(1),(2)より、下式(3)が得られる。

よって、必要エンジントルクＴ_Ｅは、は、下式(4)のように求められる。

式(4)中の車速ｖは、車速センサ９からの車速信号に基づいて得られ、クルーズコントロール設定車速ｖ_ｔは、車両制御ＥＣＵ３が、クルーズコントロール制御中に認識している。また、車体加速度ａは、例えば車速ｖの微分値を適用すればよい。また、エンジン駆動力Ｆ_Ｅは、例えば、エンジン駆動力制御に関するセンサ値（例えば、吸入空気量のセンサ値）に基づいて算出すればよい。ブレーキ制動力Ｆ_Ｂは、例えば、ブレーキ制動力制御に関するセンサ値（例えば、ブレーキ油圧のセンサ値）に基づいて算出すればよい。変速比ｉ_ｔは、シフトポジションセンサから得られる信号に基づいて求めればよい。タイヤ動荷重半径ｒ、デフ比ｉ_ｄ、駆動系の伝達効率η、前面投影面積Ａ、及び車両重量ｍは、自車の車種に応じた固定の値を用いてもよい。空気密度ρは、固定の値を用いてもよいし、温度計・気圧計による測定値に基づいて算出してもよい。

一方、前述の処理Ｓ１０５において、自車が先行車の追従制御中であると判定された場合には（Ｓ１０５でＹｅｓ）、次に、先行車が一定車速で走行中であるか否かを判定する（Ｓ１０７）。具体的には、ミリ波レーダ５のレーダ信号に基づき、先行車の現車速ｖ_ｆと、過去ｔ_ｗ秒間の先行車の最大車速ｖ_ｆｍａｘ、最小車速ｖ_ｆｍｉｎとを求める。そして、ｖ_ｆｍｉｎ＋ｖ_ｗ＞ｖ_ｆ＞ｖ_ｆｍａｘ−ｖ_ｗが成立する場合には、先行車が一定車速で走行中であると判定し、それ以外の場合には、先行車が一定車速で走行中ではないと判定する。上記のｖ_ｗ値は、一定の値としてもよく、予め準備したマップを参照し先行車の車速ｖ_ｆに対応したｖ_ｗ値を採用してもよい。

また、処理Ｓ１０７においては、先行車の車速ｖ_ｆ，ｖ_ｆｍａｘ，ｖ_ｆｍｉｎに代えて、自車の車速ｖと過去ｔ_ｗ秒間の自車の最大車速ｖ_ｍａｘ、最小車速ｖ_ｍｉｎとを適用して同様の判定を行ってもよい。自車の車速はクルーズコントロールによる制御対象であり、先行車の車速に依存するものであるからである。

処理Ｓ１０７において、先行車が一定車速で走行中ではないと判定された場合には（Ｓ１０７でＮｏ）、処理を終了する。その一方、処理Ｓ１０７において、先行車が一定車速で走行中であると判定された場合には（Ｓ１０７でＹｅｓ）、追従制御中における「必要エンジントルクＴ_Ｅ」を、エンジン出力値や自車及び先行車の車両状態量から推定する（Ｓ１０９）。なお、ここでは、「必要エンジントルクＴ_Ｅ」は、現在走行中の道路において、クルーズコントロールで要求される走行状態（一定車速の先行車に一定車間で追従する状態）に自車を制御するために必要な自車のエンジントルクである。具体的には、定速制御中においては、自車の目標車速がクルーズコントロール設定車速ｖ_ｔであるところ、追従制御中においては、自車の目標車速は先行車の車速ｖ_ｆである。従って、追従制御中における必要エンジントルクＴ_Ｅの演算は、上式(4)のｖ_ｔに代えて先行車の車速ｖ_ｆを代入すればよい。その結果、追従制御中における必要エンジントルクＴ_Ｅは、下式(5)で表される。

但し、追従制御中には、自車の空気抵抗は、先行車の影響により必ずしも正しく演算できない。更に、追従制御中は、先行車との車間距離を維持する制御が行われるので、先行車の車速ｖ_ｆと自車の車速ｖとの差は小さいと考えられる。そこで、式(5)において空気抵抗に関する項を無視することも考えられる。この場合、下式(6)が得られ、当該式(6)を用いて必要エンジントルクＴ_Ｅを算出してもよい。

処理Ｓ１０９又はＳ１１１で、必要エンジントルクＴ_Ｅを何れか算出した後、車両制御ＥＣＵ３は、自車のエンジンの非燃料カット時における最小出力のエンジントルクＴ_ＭＩＮと、自車のエンジンの燃料カット時のエンジントルクＴ_ＦＣと、を算出する（Ｓ１１５）。具体的には、予めエンジン特性に基づいて、エンジン回転数Ｎ_ＥとトルクＴ_ＭＩＮとの関係を示す最小トルクマップと、エンジン回転数Ｎ_ＥとトルクＴ_ＦＣとの関係を示す燃料カット時トルクマップと、を準備しておく。

そして、下式(7)に示すように、上記最小トルクマップを参照し、回転数センサ７からの回転数信号に基づいて、回転数Ｎ_Ｅに対応するエンジントルクＴ_ＭＩＮを算出する。
Ｔ_ＭＩＮ＝ＭＡＰ１（Ｎ_Ｅ） …(7)
同様に、下式(8)に示すように、上記燃料カット時トルクマップを参照し、回転数センサ７からの回転数信号に基づいて、回転数Ｎ_Ｅに対応する燃料カット時のエンジントルクＴ_ＦＣを算出する。
Ｔ_ＦＣ＝ＭＡＰ２（Ｎ_Ｅ） …(8)

傾斜路において、自車がクルーズコントロールに従って走行しようとするとき、クルーズコントロール制御のエンジントルク要求値は、必要エンジントルクＴ_Ｅに等しいと考えられる。そして、諸条件によっては、この要求トルクＴ_Ｅが、上記のトルクＴ_ＦＣとトルクＴ_ＭＩＮとの間の値になる場合もある。ところが、自車のエンジンは、そのエンジン特性上、トルクＴ_ＦＣとトルクＴ_ＭＩＮとの間のトルクを発生することはできない。従って、要求トルクＴ_ＥがトルクＴ_ＦＣとトルクＴ_ＭＩＮとの間の値になった場合には、トルクＴ_ＦＣ（燃料カットＯＮ）とトルクＴ_ＭＩＮ（燃料カットＯＦＦ）とを交互に繰り返すことで、仮想的に要求トルクＴ_Ｅを実現しようとする。従ってこの場合、燃料カットのＯＮ／ＯＦＦが繰り返される燃料カットハンチングが発生してしまう可能性がある。そして、燃料カットハンチングにより自車のドライバビリティが悪化してしまうおそれがある。

そこで、必要エンジントルクＴ_Ｅが、トルクＴ_ＦＣとトルクＴ_ＭＩＮとの間の値になった場合、すなわち、下式(9)が成立するときには、車両制御ＥＣＵ３は、燃料カットを禁止することする。この燃料カットの禁止により、燃料カットハンチングの発生を抑制することができる。
Ｔ_ＦＣ＜Ｔ_Ｅ＜Ｔ_ＭＩＮ …(9)

具体的には、車両制御ＥＣＵ３は、処理Ｓ１０９又はＳ１１１で求められた必要エンジントルクＴ_Ｅと、処理Ｓ１１５で求められたトルクＴ_ＦＣ，Ｔ_ＭＩＮとを大小比較する（Ｓ１１７）。そして、式(9)が成立する場合には（Ｓ１１７でＹｅｓ）、燃料カットハンチング発生の可能性があると考えられるので、クルーズコントロールにおける燃料カットを禁止する（Ｓ１１９）。この場合、クルーズコントロールにおいて、燃料カットに対応する要求値はエンジン制御ＥＣＵ２１から送信されなくなり、燃料カットハンチングの発生が回避される。

一方、Ｓ１１７において式(9)が成立しない場合には（Ｓ１１７でＮｏ）、燃料カットハンチング発生の可能性がほとんどないと考えられるので、そのまま処理を終了する。この場合、クルーズコントロールにおいて、必要な場合には燃料カットも行われる。なお、前述したように、先行車が一定車速で走行中ではないと判定された場合にも（Ｓ１０７でＮｏ）、燃料カットは禁止されない。これは、先行車が一定車速でない場合には、追従する自車も一定車速にはならず自車に車速の変動が生じるので、燃料カットハンチング発生の可能性がほとんどないからである。

以上説明したような車両制御装置１によれば、式(4),(5),(6)に道路の勾配がパラメータとして含まれていないことからも理解されるように、勾配センサを用いずにトルクＴ_ＦＣ，Ｔ_Ｅ，Ｔ_ＭＩＮを算出することができる。そして、これらのトルクの関係に基づいて、燃料カットハンチング発生の可能性があることを精度よく認識することができる。そして、燃料カットハンチング発生の可能性がある場合に、燃料カットを禁止することにより、燃料カットハンチングの発生を回避することができる。従って、この車両制御装置１によれば、勾配センサを用いずに、傾斜路における燃料カットハンチングを抑制することができる。その結果、自車のドライバビリティを確保することができる。そして、勾配センサを省略することにより、装置のコストダウンを図ることができる。

また、前述の特許文献１の制御装置では、勾配センサから求めた勾配に応じて、車速−ロードロードのマップを作成し、各ポイント毎に燃料カットハンチングの可能性がある閾値を設定する必要がある。このため、勾配センサが必要であり、車種毎に煩雑なマップ設定を行う工程が発生していた。これに対し、車両制御装置１は、勾配センサが不要であり、車種毎の煩雑なマップ設定などの工程が不要である点において、特許文献１の制御装置よりも優れている。

なお、クルーズコントロール中の燃料カットハンチングを回避する他の手法として、クルーズコントロール中は燃料カットを常に禁止することも考えられる。ところが、この手法では、燃料カットが行われないことによる燃費悪化が問題となる。これに対し、車両制御装置１では、式(9)が成立しない場合には、燃料カットが許可される。更に、追従制御中においては、先行車が一定車速で走行しているという条件下でのみエンジンの燃料カットが禁止され、先行車が一定車速で走行していない場合には燃料カットが許可される。このように、燃料カットハンチング発生の可能性がほとんどない状況下では燃料カットを許可することにより、燃料カットを常に禁止する場合に比べて燃費改善を図ることができる。

１…車両制御装置 ３…車両制御ＥＣＵ ５…ミリ波レーダ ７…回転数センサ ９…車速センサ １３…クルーズコントロールスイッチ ２１…エンジン制御ＥＣＵ ２３…ブレーキ制御ＥＣＵ

Claims (2)

1. 先行車に追従する自車の追従制御を行う車両制御装置において、
   走行中の道路において前記自車を所望の走行状態に制御するための前記自車のエンジントルクＴ_Ｅと、
   燃料カットを行わない時における前記自車の最小出力のエンジントルクＴ_ＭＩＮと、
   燃料カット時における前記自車のエンジントルクＴ_ＦＣと、を算出し、
   Ｔ_ＦＣ＜Ｔ_Ｅ＜Ｔ_ＭＩＮの関係が成立する場合に、前記自車のエンジンの燃料カットを禁止することを特徴とする車両制御装置。
2. 前記自車を前記先行車に一定車間で追従させるように制御する場合においては、
   前記先行車が一定車速で走行しているという条件が更に満たされる場合にのみ、前記自車のエンジンの燃料カットを禁止することを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。

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