JP2013100787A - 車両の走行制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車速制限制御の開始タイミングを適正化してドライバに対する違和感や車速超過を抑制する。
【解決手段】自車両の車速がリミッタ車速に向かって上昇していくとき、加速度の大きい場合は早めにリミッタ制御を開始させることで車速超過を抑え、緩やかな加速の場合はなるべくリミッタ制御が介入しないようにしてドライバの意図に沿った運転を可能とする、また、ドライバのアクセル操作による要求トルクからリミッタ制御の要求トルクへの大きなトルク変動が予想される場合には、トルクの繋がりを滑らかにして目標トルクとなるまでに要する時間を考慮し、リミッタ制御の介入タイミングを調整する。そして、最終的に、少なくとも加速度による要因とトルク変動の要因とを総合的に判断してリミッタ作動領域を設定することにより、車速制限制御の開始タイミングを適正化してドライバに対する違和感や車速超過を抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、自車両の車速をドライバが設定した車速に制限する車速制限機能を有する車両の走行制御装置に関する。

自動車等の車両においては、走行制御の一機能として、ドライバのアクセル操作に拘わらず車両の速度を制限車速以下に制限し、ドライバの負担を軽減することのできる車速制限機能を備えるシステムが知られている。この車速制限機能は、車両の速度をドライバ自身が設定した車速以下に制限するものであり、ドライバがアクセルペダルを大きく踏み込んだ場合でも、設定した制限車速を実車速が越えることのないよう駆動力を制御する。

このとき、制限車速の変化速度決定処理が走行抵抗による影響を受けて変化する場合があり、ドライバに違和感を与える場合がある。このため、特許文献１には、ドライバによる制限車速指令値変更操作が同じであれば、走行条件に影響されることなく制限車速変更速度を同じとすることにより、ドライバの違和感を解消する技術が開示されている。

特開２０１０−７７９６０号公報

しかしながら、従来の技術は、車速制限制御の介入タイミングを必ずしも十分に考慮しているとは言えない。例えば、制限車速に達する前にドライバが急激にアクセルペダルを踏込んだ場合、車速制限制御が開始されると駆動力が急激に変動してドライバに違和感を与えるばかりでなく、車速制限制御の介入タイミングが遅れて車速が大幅に超過する虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車速制限制御の開始タイミングを適正化してドライバに対する違和感や車速超過を抑制することのできる車両の走行制御装置を提供することを目的としている。

本発明による車両の走行制御装置は、自車両の車速をドライバが設定した車速に制限する車速制限機能を有する車両の走行制御装置において、自車両の走行状態を判定する走行状態判定部と、自車両の駆動力の変化を判定する駆動力変化判定部と、前記走行状態判定部で判定した自車両の走行状態と、前記駆動力変化判定部で判定した駆動力の変化とに基づいて、車速制限制御を実行する車速制限領域を設定する車速制限領域設定部とを備えるものである。

本発明によれば、車速制限制御の開始タイミングを適正化し、ドライバに対する違和感や車速超過を抑制することができる。

走行制御システムの構成図 リミッタ制御に係る機能ブロック図 加速度によるリミッタ制御介入タイミングの説明図 トルク変動を考慮したリミッタ制御介入タイミングの説明図 リミッタ作動領域を示す説明図 リミッタ制御ルーチンのフローチャート 平坦路におけるリミッタ作動例１を示す説明図 平坦路におけるリミッタ作動例２を示す説明図 降坂路におけるリミッタ作動例を示す説明図 登坂路におけるリミッタ作動例を示す説明図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１において、符号１は本発明が適用される走行制御システムを示し、ドライバが設定した車速での一定速度の走行制御と、ドライバが設定した車速を超えないように制限する車速制限制御とを、ドライバの操作入力に応じて選択的に実行する機能を有している。この走行制御システム１は、具体的には、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信バスによる車内ネットワーク１００に接続される複数の制御ユニットによって形成されている。

走行制御システム１を形成する制御ユニットとしては、エンジン制御用のエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１０、変速機制御用の変速機制御ユニット（ＴＣＵ）２０、ブレーキ制御を含めた車体挙動制御用のビークルダイナミクス制御ユニット（ＶＤＣ）３０、マルチファンクションディスプレイ（ＭＦＤ）等からなるメータの表示制御を行うメータ制御ユニット４０等がある。これらの制御ユニットは、車内ネットワーク１００を介して相互に通信を行い、エンジン、ブレーキ、変速機の総合的な走行制御が実現される。

ドライバが設定した車速での定速走行制御（クルーズ制御）と、ドライバが設定した車速を超えないよう制限する車速制限制御（リミッタ制御）との切り換えは、エンジン制御ユニット１０に接続されるコマンドスイッチ８０をドライバが操作することで行われる。コマンドスイッチ８０は、ステアリングに配置されたプッシュスイッチ及びトグルスイッチからなる操作スイッチ群であり、本実施の形態においては、コマンドスイッチ８０を定速走行機能と車速制限機能とで共用するようにしている。

具体的には、コマンドスイッチ８０は、本システムの作動をＯＮ／ＯＦＦするメインスイッチであるクルーズスイッチ（図１中に「ＣＲＵＩＳＥ」と表示）８０ａ、定速走行制御を解除するためのキャンセルスイッチ（図１中に「ＣＡＮＣＥＬ」と表示）８０ｂ、その時の自車の速度でセットするためのセットスイッチ（図１中に「ＳＥＴ／−」と表示）８０ｃ、前回の記憶してあるセット車速で再セットするためのリジュームスイッチ（図１中に「ＲＥＳ／＋」と表示）８０ｄを有している。これらのスイッチのうち、メインスイッチであるクルーズスイッチ８０ａを短押しすることにより、クルーズ制御機能とリミッタ制御機能とが交互にＯＮとなり、クルーズスイッチ８０ａを長押しすることにより、両機能がＯＦＦ（システム停止）となる。

クルーズスイッチ８０ａを短押ししてクルーズ制御機能からリミッタ制御機能へ切り換えた場合、制限車速（リミッタ車速）のセットは、セットスイッチ８０ｃとリジュームスイッチ８０ｄとを用いて行う。セットスイッチ８０ｃ及びリジュームスイッチ８０ｄは、レバー等を介して交互に操作されるスイッチとして構成され、希望の車速に達したとき、セットスイッチ８０ｃを操作することにより、そのときの車速をリミッタ車速としてセットすることができる。リミッタ車速をセットした後に、セットスイッチ８０ｃ及びリジュームスイッチ８０ｄを操作することでリミッタ車速設定値を上げ下げすることができる。

クルーズスイッチ８０ａの操作情報は、エンジン制御ユニット１０から車内ネットワーク１００を介して他の制御ユニットに送信され、クルーズスイッチ８０ａの短押しが検知されたとき、システムが作動状態となる。このとき、メータ制御ユニット４０によりインストルメントパネル内に設けられたディスプレイにシステムの作動状態が表示され、現在の状態がクルーズ制御モードかリミッタ制御モードかを知ることができる。

ドライバが設定した車速でのクルーズ制御では、エンジン制御ユニット１０で設定車速と現在の車速との偏差に応じたフィードバック制御を実行し、自車の車速が設定車速に収束するように制御する。この車速フィードバック制御は、設定車速と現在の車速との偏差に応じた要求トルクを目標トルクとして設定し、この目標トルクを実現するスロットル開度への制御を、車速偏差に応じた比例積分制御（ＰＩ制御）と加減速に応じた微分制御（Ｄ制御）とを組み合わせたＰＩＤ制御により実行することで、設定車速を維持する。

また、ドライバのアクセル操作に対して、エンジン回転数とアクセル開度とに基づく要求トルクのマップをエンジン回転数で逆引きして、クルーズ制御における仮想的なアクセル開度として設定し、この仮想アクセル開度に基づいて、変速制御を行う。そして、例えば、現在の変速位置では設定車速を維持できない場合には、そのときのエンジン回転数と仮想アクセル開度とに基づいて、変速機制御ユニット２０で目標変速位置へのシフトダウン制御を実行する。更に、ビークルダイナミクス制御ユニット３０を介してブレーキ液圧を制御することにより、必要な減速度を発生させて自車を減速させる。

一方、ドライバが設定したリミッタ車速へのリミッタ制御では、自車両の車速がリミッタ車速付近になると、スロットル開度を制御し、ドライバがアクセルペダルを踏んでもリミッタ車速を超えて上昇しないように制御する。このとき、設定されたリミッタ車速に対して、リミッタ車速より所定値だけ低い車速からリミッタ制御を開始する車速制限領域（リミッタ作動領域）を設定し、自車両の車速がリミッタ作動領域に入ったとき、リミッタ制御を開始する。

このため、本走行制御システム１には、リミッタ制御に係る機能として、図２に示すように、走行状態判定部１１、駆動力変化判定部１２、車速制限領域設定部１３、車速フィードバック制御部１４、変速制御部１５の各機能部を備えている。これらの各機能部は、例えばエンジン制御ユニット１０と変速機制御ユニットとに設けられ（変速制御部１５が変速機制御ユニット２０内、他はエンジン制御ユニット１０内）、クルーズ制御と機能の一部を共用している。

車速制限領域設定部１３は、走行状態判定部１１によって判定された自車両の走行状態と、駆動力変化判定部１２によって判定された自車両の駆動力の変化とに基づいて、リミッタ作動領域を設定する。すなわち、車速制限は、ドライバが設定した車速付近では実施しなければならないが、それ以外の車速域では、ドライバの意志による運転を妨げないことが要求される。このため、自車両の走行状態及び駆動力変化を考慮してリミッタ作動領域を設定し、適切な開始タイミングとなるようにする。

詳細には、以下に説明するように、少なくとも自車両の車速変化（加速度）と要求トルクの変化とを含む複数の要因を総合的に判断し、リミッタ制御の介入開始タイミングを設定する。

（１）加速度
走行状態判定部１１で自車両の加速度を監視し、リミッタ作動領域の幅αを、予め設定した一定値（基準値）に固定することなく、自車両の加速度の大小に応じて上下させる。例えば、リミッタ車速＝８０km/hとしたとき、４０km/hから大きくアクセルペダルを踏んで加速していく場合と、緩やかに加速していく場合とでリミッタ制御に入る閾値を異なる値とする。

すなわち、図３（ａ）に示すように、自車両の車速がリミッタ車速に向かって上昇していくとき、車速変化（加速度）が大きい場合には、リミッタ作動領域の幅αを基準値よりも大きくし、図３（ｂ）に示すように、車速変化（加速度）が小さい場合には、リミッタ作動領域の幅αを基準値よりも小さくする（リミッタ車速に近くする）。これにより、加速度の大きい場合は、早めにリミッタ制御を開始させることで車速超過を抑え、緩やかな加速の場合は、なるべくリミッタ制御が介入しないようにしてドライバの意図に沿った運転を可能とする。

尚、この場合、自車両の走行状態として、加速度のみならず、自車両の車速、変速位置を加えても良く、車速、加速度、変速位置を総合的に判断してリミッタ作動領域の幅αを調整するようにしても良い。

（２）要求トルクの変化
ドライバが思い切りアクセルペダルを踏んだ状態からリミッタ制御が介入すると、アクセルペダルの踏込み量に応じた要求トルクからリミッタ制御の要求トルクに切り換わる。このとき、大きな駆動力の変化（トルク変動）が生じることからショックが発生し、ドライバに違和感を与える虞がある。

このため、駆動力変化判定部１２において、ドライバのアクセルペダルの操作による要求トルク（ドライバ要求トルク）からリミッタ制御の要求トルク（リミッタ要求トルク）への変化を、駆動力の変化として判定する。図４に実線で示すように、ドライバのアクセル操作によるドライバ要求トルクからリミッタ制御のリミッタ要求トルクとの差が大きく、大きなトルク変動が予想される場合には、同図中に破線で示すように、トルクの繋がりを滑らかにしてトルク変動を抑制しながら目標トルクとなるまでに要する時間を考慮し、リミッタ制御の介入タイミングを調整する。

そして、最終的に、車速制限領域設定部１３は、少なくとも（１）の加速度による要因と（２）のトルク変動の要因とを含む複数の要因を総合的に判断し、リミッタ車速に対する閾値の位置を上下することにより、リミッタ作動領域αを設定する。例えば、制御介入開始の標準タイミングである基準値を、予め設定した加速度及びトルク差で定めておき、加速度が設定値よりも大きく、且つ要求トルクの変動が設定値より大きい場合には、リミッタ作動領域の幅αを基準値よりも大きくすることで、制御介入のタイミングを早め、加速度が設定値よりも小さく、且つ要求トルクの変動が設定値よりも小さい場合には、リミッタ作動領域の幅αを基準値よりも小さくすることで、制御介入のタイミングを遅くする。

次に、車速フィードバック制御部１４は、ドライバが設定したリミッタ車速を目標値として、クルーズ制御における設定車速への車速フィードバック制御と同様の制御を行う。具体的には、クルーズ制御からリミッタ制御に切り換わった後も、車速フィードバック制御をバックグランドで動かしておき、自車両の車速がリミッタ作動領域に入ったとき、目標値を定速走行のための設定車速から車速制限のためのリミッタ車速として、車速フィードバック制御を行う。

すなわち、図５に示すように、リミッタ車速をＶlｍ、リミッタ制御に入る閾値をＶαとして、自車両の車速が閾値Ｖα以下でリミッタ作動領域の幅α（α＝Ｖlｍ−Ｖα）の範囲外のときには、ドライバのアクセル操作を優先して、アクセル開度とエンジン回転数とに基づく要求トルク（ドライバ要求トルク）に従った走行制御を行い、自車両の車速が閾値Ｖαを超えてリミッタ作動領域幅α内に入ったときには、リミッタ車速Ｖｌｍを超えないようにエンジントルクを制限する。

このリミッタ作動領域における走行制御では、ドライバのアクセル操作によるドライバ要求トルクと、リミッタ車速と現在の車速との偏差に基づく要求トルク（リミッタ要求トルク）とを比較し、何れか小さい方の要求トルクを用いる。そして、この要求トルクを実現するスロットル開度に制御することで、目標値（リミッタ車速）への車速フィードバック制御を行う。

このように、クルーズ制御における車速フィードバック制御をリミッタ制御においても適用することで、決まった特性曲線に頼ることなく様々な勾配の道路環境で、リミッタ車速への車速収束性を向上することができる。

また、その際、変速制御部１５は、リミッタ制御時においても適切な変速制御を実現し、不自然な変速を防止する。すなわち、一般に、変速制御は、車速及びアクセル開度に基づいて実行され、例えば、車速が低い状態でアクセルペダルを大きく踏み込んでいくと、シフトダウン方向に変速する。従って、例えば、リミッタ車速＝４０km/hに設定した状態でアクセルペダルを踏んでいくと、４０km/hに達した後、車速が制限されて上昇しないため、ローギア側にシフトダウンしてしまい、リミッタ制御中であるにも拘わらずエンジン回転数が上昇してしまう。

このため、変速制御部１５は、エンジン回転数とアクセル開度とに基づく要求トルクのマップをエンジン回転数で逆引きして得られる仮想アクセル開度をリミッタ制御におけるリミッタアクセル開度として用いて、このリミッタアクセル開度と車速とに基づいてリミッタ制御時の変速を制御する。これにより、リミッタ制御中の余計なシフトダウンによるエンジン回転数の上昇を防止し、適切な変速制御を実現することができる。

次に、以上のリミッタ制御のプログラム処理について、図６に示すリミッタ制御ルーチンのフローチャートを用いて説明する。

このリミッタ制御ルーチンは、先ず、ステップＳ１で、コマンドスイッチ８０のクルーズスイッチ８０ａからの信号入力状態を調べ、クルーズ制御が選択されているのか、リミッタ制御が選択されているかを判断する。クルーズ制御が選択されている場合には、本ルーチンを抜け、リミッタ制御が選択されている場合、ステップＳ２へ進んでリミッタ車速がセットされるまで待機する。

そして、ステップＳ２でリミッタ車速がセットされると、ステップＳ３へ進み、自車両の加速度、リミッタ作動に伴う要求トルクの変化に基づいて、リミッタ作動領域を設定する。具体的は、図５に示すように、リミッタ作動領域の基準の幅を定める閾値Ｖαを、加速度と要求トルクの変化に基づいて上下させ、リミッタ作動領域幅αを設定する。

その後、ステップＳ４へ進み、現在の自車両の車速Ｖが閾値Ｖα以上となってリミッタ作動領域に入っているか否かを調べる。その結果、Ｖ＜Ｖαでリミッタ作動領域外である場合には、ステップＳ４からステップＳ５へ進んで、ドライバのアクセル操作に基づくドライバ要求トルクＴｄを目標トルクＴＧＴとする（ＴＧＴ←Ｔｄ）走行制御を行い、Ｖ≧Ｖαでリミッタ作動領域内に入った場合、ステップＳ４からステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、ドライバのアクセル操作に基づくドライバ要求トルクＴｄとリミッタ制御のリミッタ要求トルクＴｌｍとを比較する。そして、Ｔｄ＞Ｔｌｍの場合、ステップＳ７でリミッタ要求トルクＴｌｍを目標トルクＴＧＴとして設定し（ＴＧＴ←Ｔｌｍ）、Ｔｄ≦Ｔｌｍの場合、ステップＳ８でドライバ要求トルクＴｄを目標トルクＴＧＴとして設定する（ＴＧＴ←Ｔｄ）。上記ステップＳ２からステップＳ７またはＳ８の間、バックグラウンドで常時車速フィードバック制御を実行する。

これにより、平坦路、降坂路、登坂路といった様々な道路環境に柔軟に対応することができ、リミッタ車速への円滑な収束性を実現することができる。例えば、平坦路走行で自車両の加速度が小さく、且つドライバ要求トルクとリミッタ要求トルクとの差が小さい場合、図７に示すように、リミッタ作動領域幅αが小さくなるように設定され、リミッタ作動の開始タイミングが遅くなる。

図７の例では、リミッタ作動領域内では、ドライバ要求トルクよりもリミッタ要求トルクが小さいため、リミッタ要求トルクを用いてリミッタ車速に収束するように制御される。また、ドライバアクセル開度（ドライバのアクセル操作によるアクセル開度）よりもリミッタアクセル開度（リミッタ制御における仮想アクセル開度）が小さいため、不自然な変速が防止される。

一方、平坦路走行であっても、加速度が大きく且つリミッタ要求トルクとドライバ要求トルクとの差が大きい場合には、図８に示すように、リミッタ作動領域幅αが大きくなるように設定され、リミッタ作動の開始タイミングが早くなる。この場合においても、リミッタ要求トルクを用いてリミッタ車速に収束するように制御され、また、リミッタアクセル開度とドライバアクセル開度との差が大きくなっても、異常な変速を防止することができる。

また、降坂路走行で平坦路走行時よりも加速度が大きく、且つドライバ要求トルクとリミッタ要求トルクとの差が小さい場合には、図９に示すように、リミッタ作動領域幅αが平坦路の場合よりも大きくなるように設定され、リミッタ作動の開始タイミングが平坦路の場合よりも早くなる。降坂路では、車速が上昇し易いが、車速フィードバック制御で速やかにリミッタ車速に収束するように制御され、また、リミッタアクセル開度とドライバアクセル開度との差が大きくなっても、異常な変速を防止することができる。

更に、登坂路走行で平坦路走行時よりも加速度が小さく、且つドライバ要求トルクとリミッタ要求トルクとの差が小さい場合、図１０に示すように、リミッタ作動領域幅αが平坦路の場合よりも小さくなるように設定され、リミッタ作動の開始タイミングが平坦路の場合よりも遅くなる。登坂路では、車速が上昇し難いため、車速フィードバック制御による緩やかな制御で違和感なくリミッタ車速に収束させることができ、また、クルーズ制御の仮想アクセル開度と同様のリミッタアクセル開度により、異常な変速を防止することができる。

このように本実施の形態においては、、少なくとも自車両の加速度とドライバのアクセル操作による要求トルクからリミッタ制御を実行したときのトルク変動を考慮してリミッタ制御の介入タイミングを決定し、リミッタ制御の開始タイミングを適正化する。これにより、リミッタ制御の介入タイミングが早すぎてドライバに違和感を与えることなく、円滑に通常制御からリミッタ制御に移行することができる。また、リミッタ制御の介入タイミングが遅すぎて大幅な車速超過を招くこともない。

１ 走行制御システム
１０ エンジン制御ユニット
１１ 走行状態判定部
１２ 駆動力変化判定部
１３ 車速制限領域設定部
１４ 車速フィードバック制御部
８０ コマンドスイッチ
１００ 車内ネットワーク
Ｖｌｍ リミッタ車速
Ｖα リミッタ制御に入る閾値
α リミッタ作動領域幅

Claims (3)

1. 自車両の車速をドライバが設定した車速に制限する車速制限機能を有する車両の走行制御装置において、
   自車両の走行状態を判定する走行状態判定部と、
   自車両の駆動力の変化を判定する駆動力変化判定部と、
   前記走行状態判定部で判定した自車両の走行状態と、前記駆動力変化判定部で判定した駆動力の変化とに基づいて、車速制限制御を実行する車速制限領域を設定する車速制限領域設定部と
   を備えることを特徴とする車両の走行制御装置。
2. 前記走行状態判定部は、自車両の走行状態を少なくとも加速度の変化によって判定することを特徴とする請求項１記載の車両の走行制御装置。
3. 前記駆動力変化判定部は、ドライバのアクセルペダルの操作による要求トルクからリミッタ制御の要求トルクへの変化を駆動力の変化として判定することを特徴とする請求項１又は２記載の車両の走行制御装置。

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