JP2020066315A - 走行制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】走行負荷の変動に対する目標車速への追従性を向上させる。【解決手段】設定された目標車速を維持する走行制御システムは、駆動力制御部と定速走行制御部と、予め設定された走行経路上で、車両の進行方向の路面の位置情報を検出する走行環境測定部と、を有し、定速走行制御部は、車両の進行方向の路面の位置情報から、走行経路上で勾配が変化する勾配変化位置と勾配推定値を算出し、車速に基づいて車両が勾配変化位置に到達する到達予定時間を算出し、勾配推定値に基づいて目標駆動力の事前補正値を算出し、前記到達予定時間以前に事前補正値を駆動力制御部へ出力する。【選択図】図５

Description

本発明は、勾配情報を用いた走行制御システムに関する。

現在、運転者が設定した目標速度を、車両の制御装置が維持する速度制御機能が、クルーズコントロール等の名称で広く実用化されている。加えて、レーダ、ライダ、カメラ等の外界センサと協調し、先行車の車速に応じて目標車速を自動的に調整し、先行車への追従を可能にした車速制御機能も、アダプティブクルーズコントロール(以下、ＡＣＣ)等の名称で採用する車両が拡大してきている。

さらに、各種センサ情報から道路の状況を車両の制御装置が判断し、運転者の指示なしに加速、減速、操舵のすべてを車両自身が制御する自動運転車も実用化されつつある。これら車両の制御装置が目標車速への制御を担う車両は、変速比も車両自身が制御できる自動変速機との相性がよく、自動変速機を有している場合が多い。

坂道等の走行負荷が変動する道路を走行する場合、上り坂の場合、人間の運転者は目視によって上り坂を事前に把握し、アクセルを踏み込むことによって、エンジンの回転数を上昇させ、変速比を増大させる操作（ダウンシフト）を行う。

下り坂の場合も同様に運転者が事前に下り坂を把握し、アクセルを緩め、必要に応じて手動操作で変速比を増大させる操作（ダウンシフト）を行い、エンジンブレーキを活用して走行する。

このように、人間の運転者は走行負荷の変動を事前に把握し、変速制御や駆動力制御を適切に実行することにより、車速の低下（または増大）を抑制し、快適な運転を可能にしていた。

一方で、車両自身による車速制御下においては、坂等の走行負荷の変動を事前に変速制御へ反映し、円滑に走行をする手法が十分に考慮されておらず、目標車速への応答性、追従性の低下を招いていた。

また、上記車速制御では、ビジーシフトや不適切な変速比による燃費悪化といった課題もあり、これら課題を解消する方法も提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、定速走行制御装置が、定速走行時における目標スロットル開度を適切に設定するために、目標スロットル開度の変化量を負荷変動後にフィードバックする技術が開示されている。

特開２０１３−１２９２９０号公報

しかしながら、前記従来例では、走行経路情報を先読みすることはないため、道路勾配が変化するまで変速比や駆動力の制御を行うことができず、負荷（または走行抵抗）の変動が発生してから制御が開始されるため、目標車速に対する追従性が低下する、という課題があった。

そこで、本発明は、車両の制御装置による車速制御を対象として、走行負荷の変動、特に登坂路及び降坂路を走行する際の目標車速への追従性を向上させることを目的とする。

本発明は、設定された目標車速を維持する走行制御システムであって、動力源からの駆動力を制御する駆動力制御部と、車速を検出する車速センサと、プロセッサとメモリを有し、設定された目標車速と前記車速から目標駆動力を算出して前記駆動力制御部に目標駆動力を出力する定速走行制御部と、車両の進行方向に対する傾斜角度を検出する角度センサと、予め設定された走行経路上で、車両の進行方向の路面の位置情報を検出する走行環境測定部と、を有し、前記定速走行制御部は、前記車両の進行方向の路面の位置情報から、走行経路上で勾配が変化する位置として勾配変化位置を算出し、前記車両の進行方向の路面の位置情報から勾配変化位置以降の勾配を勾配推定値として算出し、前記車速と前記勾配変化位置に基づいて、前記車両が前記勾配変化位置に到達する到達予定時間を算出し、前記勾配推定値に基づいて目標駆動力の事前補正値を算出し、前記到達予定時間以前に前記事前補正値を前記駆動力制御部へ出力する。

したがって、本発明は、走行負荷の変動に合わせた目標駆動力へ事前に補正しておくことにより、目標車速への追従性が向上する。

本明細書において開示される主題の、少なくとも一つの実施の詳細は、添付されている図面と以下の記述の中で述べられる。開示される主題のその他の特徴、態様、効果は、以下の開示、図面、請求項により明らかにされる。

本発明の実施例を示し、定速走行制御システムの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施例を示し、走行経路の一例を示す図である。 本発明の実施例を示し、検出された走行経路の一例を示す図である。 本発明の実施例を示し、変速比ー勾配マップの一例を示す図である。 本発明の実施例を示し、制御モデルの一例を示す図である。 本発明の実施例を示し、車両で行われる定速走行制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施例を示し、登坂の際の車両の挙動を示すタイミングチャートである。 本発明の実施例を示し、降坂の際の車両の挙動を示すタイミングチャートである。 本発明の実施例を示し、変速時間マップの一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の定速走行制御システムの構成の一例を示すブロック図である。本実施例では自動運転車の定速走行制御システムに本発明を適用した例を示す。

定速走行制御システムの構成要素は、変速機能を担う自動変速機（図中ＡＴ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）１００と、自動変速機１００を制御する自動変速機制御ユニット（図中ＴＣＵ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０１と、動力を提供するエンジン１０２と、エンジン１０２を制御するエンジン制御ユニット（図中ＥＣＵ：Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０３と、自動運転を担う自動運転制御ユニット（図中ＡＤＣＵ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｎｕｓ Ｄｒｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０４と、自動運転制御ユニット１０４に接続されて車両の走行環境を検出するセンサを含む。

センサとしては、車両の周囲の走行環境を測定する三次元測距センサ３１と、車両の位置を検出するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）３２と、車速を検出する車速センサ３３と、車両の傾斜角度を検出する角度センサ３４と、ブレーキペダルの踏み込み率を検出するストロークセンサ３５を含む。

三次元測距センサ３１としては、車体の前後左右の物体を検出するＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）やＲＡＤＡＲ（Ｒａｄｉｏ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）やソナーなどで構成することができる。また、角度センサ３４は、例えば、３軸加速度センサ等で構成されて、車体の前後方向の傾き、すなわち、登坂角または降坂角を検出する。

自動運転制御ユニット１０４は、三次元測距センサ１０５やその他の外界センサからの情報を基に加速、減速、操舵の操作を判断して実行し、乗員が指示した目的地へ自動で走行する。

自動変速機制御ユニット１０１、エンジン制御ユニット１０３は自動運転制御ユニット１０４の指示に従って、自動変速機１００と、エンジン１０２をそれぞれ制御する。本構成例と各構成要素が担う基本的な機能は自動運転車に要求される内容であるが、本発明を既存の装置へ適用する際には、のハードウェアが必要ないことを意味している。

なお、本実施例の構成は、自動運転制御ユニット１０４が定速走行制御部として機能し、自動変速機制御ユニット１０１が変速制御部として機能し、エンジン制御ユニット１０３が動力源の出力制御部として機能する。また、三次元測距センサ３１は、車両の走行環境を測定する走行環境測定部として機能する。

図２Ａ、図２Ｂに本発明における勾配情報の検出方法例を示す。図２Ａは、走行経路の一例を示す図で、図２Ｂは、検出された走行経路の一例を示す図である。

図２Ａでは、車両２００が降坂路を走行中、登坂路に差し掛かった状況を想定する。図２Ａでは車両２００の走行経路（車体中心線）の鉛直方向で二次元化した走行経路断面２０１を示す。

図２Ａの状況下において、自動運転制御ユニット１０４は、三次元測距センサ１０５で走行経路上の路面までの距離を測定し、車両２００の車幅方向の情報をフィルタリング（例えば平均化）することによって、車両２００の前方（車体中心線の延長線上）の路面で測距センサ観測点２０２を取得することができる。

測距センサ観測点２０２は、車両２００の前方（進行方向）の所定の距離（例えば、１００ｍ）の路面の位置情報を含む。この位置は、自車直線２０３の延長上で鉛直方向の位置、あるいは、水平直線２０７からの鉛直方向の位置など、２次元のデータで構成すればよい。自車直線２０３は、現在の車両２００の勾配（傾斜角度）に応じた車体中心線の延長線を示す。

自動運転制御ユニット１０４は、後述するように、所定の周期（例えば、数十ｍｓｅｃ）で測距センサ観測点２０２を取得することで、走行中に複数の測距センサ観測点２０２を蓄積することができる。なお、自動運転制御ユニット１０４は、車両２００が通過した測距センサ観測点２０２は順次破棄し、車体前方の測距センサ観測点２０２について、以下の処理を行う。

車両２００が走行している自車直線２０３に対して、将来的に交差する勾配直線２０４を想定し、自動運転制御ユニット１０４は複数の測距センサ観測点２０２から、所定の数学的アルゴリズムによって上記２つの直線を導出する。

自動運転制御ユニット１０４は、例えば、複数の測距センサ観測点２０２を走行経路上に所定の分割位置を設定し、分割位置の手前と奥の二つのグループに分割し、それぞれに最小二乗法を適用する。分割位置は、例えば、車両２００の前方（進行方向）５０ｍ等所定の位置で、車体中心が通過する走行経路上に設定される。

自動運転制御ユニット１０４は、上記分割位置を手前から奥に向かって順に変更していき、最小二乗法の計算結果（分散）が最小となるグループ分けを探索する。自動運転制御ユニット１０４は、本探索の結果算出された２つのグループ内の測距センサ観測点２０２を接続して直線を生成し、自車直線２０３と、勾配直線２０４とする。

さらに、自動運転制御ユニット１０４は、自車直線２０３と勾配直線２０４の交点を勾配変化位置２０５として算出し、自車直線２０３から自車角度２０６を減じた直線を水平直線２０７として算出し、水平直線２０７と勾配直線２０４とが成す角度を走行経路の勾配推定値２０８として算出する。なお、勾配推定値２０８は、勾配変化位置２０５を通過した後の路面の勾配の推定値である。また、勾配直線２０４は、勾配変化位置２０５を通る勾配推定値２０８の傾斜角度を有する路面の延長線である。

なお、自動運転制御ユニット１０４は、自車角度２０６は角度センサ３４が検出した車両２００の傾斜角度である。なお、勾配の傾斜角度の算出方法は本実施例に限定されるものではなく、導出する直線を増やす方法や、最小二乗法に依らない導出方法も本発明の適用範囲とすることができる。

また、自動運転制御ユニット１０４が、３次元マップなどを有するナビゲーション装置（ＧＰＳ３２）に接続されている場合、車両２００の位置情報と走行経路の情報をナビゲーション装置から取得して、勾配変化位置２０５と勾配推定値２０８を補正してもよい。この場合、三次元測距センサ３１が検出した測距センサ観測点２０２に含まれるノイズの影響を抑制し、制御の精度を向上させることができる。

図３に本発明における変速比−勾配マップ２３の一例を示す。自動運転制御ユニット１０４は、勾配推定値２０８に応じたダウンシフトの要否、およびアクセルオフセットを本変速比−勾配マップ２３から検索する。なお、変速比−勾配マップ２３は、車両２００の車速毎（例えば、１ｋｍ／ｈステップ）に予め設定しておけばよい。

自動運転制御ユニット１０４は、車速センサ３３が検出した車速に応じて変速比−勾配マップ２３を選択し、横軸の現在の変速比に対して、縦軸の走行経路の勾配（勾配推定値２０８）を参照する。なお、自動運転制御ユニット１０４は、自動変速機制御ユニット１０１から変速比（または変速段）を取得する。

変速比−勾配マップ２３は、上記参照結果がダウンシフト要求領域に位置する場合、勾配変化位置２０５に達したときにダウンシフトが必要であることを意味している。この場合、自動運転制御ユニット１０４は、ダウンシフトが成されたとして、変速完了後の変速比を基に再度変速比−勾配マップ２３を参照し、アクセルオフセットの調整が必要か否かを判定する。

自動運転制御ユニット１０４は、二度目の変速比−勾配マップ２３の参照でも更なるダウンシフトが必要な場合は、再度変速比−勾配マップ２３を参照し、ダウンシフト回数とアクセルオフセットが確定するまでマップ参照を繰り返す。

図示の変速比−勾配マップ２３において、アクセルオフセット（Ａｏｆｆ）の「＋」は、ダウンシフトを行わずに駆動力を増大させておき、勾配変化位置２０５を通過後に車速の落ち込みを抑制する。一方、アクセルオフセットの「−」は、ダウンシフトを行わずに駆動力を減少させておき、勾配変化位置２０５の通過後に車速の増大を抑制する。また、アクセルオフセットの「＋１」は、アクセルペダルの踏み込み率を所定値（例えば、１／８）だけ増大させる指令値であり、アクセルオフセットの「−１」は、アクセルペダルの踏み込み率を所定値（例えば、１／８）だけ減少させる指令値である。

なお、ダウンシフト要求領域には、勾配推定値２０８の増大に応じてダウンシフト量を変更するようにしてもよい。例えば、勾配推定値２０８が所定値を超えてきくなると、ダウンシフト量を１速から２速へ変更してもよい。

図８は、変速時間マップ２２の一例を示す図である。変速時間マップ２２は、現在の変速段を格納する現変速段２２１と、変速後に移行する目標変速段２２２と、変速時間２２３で構成される。なお、変速時間２２３は、変速パターン（ダウンシフト量）毎に予め設定された値が格納される。

なお、図示の例では、自動変速機１００として有段のステップ式自動変速機を採用した例を示すが、ＣＶＴ等の無段変速機を採用してもよい。無段変速機の場合は、現変速比と目標変速比のマップとすればよい。

図示の例では、６速の有段自動変速機を用いる例を示し、変速パターン（ダウンシフト量）は最大３速とする例を示したが、これに限定されるものではない。自動変速機１００が有する段数に応じて、ダウンシフト量の最大値を設定すればよい。

図４は、定速走行制御システムの制御モデルの一例を示す図である。従来の定速走行制御システムでは、目標車速（Ｖｔ）に対する実際の車速（Ｖｍ）のフィードバックによるＰＩＤ制御によって構成され、車速の偏差（Ｖｄ）に対してアクセル目標Ａｔ（目標駆動力）が入力されていた。なお、アクセル目標Ａｔは、アクセルペダルの踏み込み率を用いて駆動力の目標値を増減するための指令値である。

本発明の定速走行制御システムは、負荷の変動が発生する以前に、アクセル目標Ａｔに対して図３の変速比−勾配マップ２３から導き出したアクセルオフセット（Ａｏｆｆ）をアクセル目標Ａｔに重畳し、自動変速機制御ユニット１０１を介して、自動変速機１００にダウンシフトを実行させる。

これらの制御を自動運転制御ユニット１０４に付加することにより、勾配の変化分の走行負荷の変動分を打ち消し、目標車速に対する追従性を向上することが可能となる。なお、ＰＩＤ制御はあくまで一例であり、本実施例に限定されるものではない。その他の制御器であっても本発明は適用可能である。

なお、図３の変速比−勾配マップ２３において通常走行領域は、図４のＰＩＤ制御で駆動力を制御する領域である。本発明の定速走行制御システムでは、ＰＩＤ制御で車速の変動を吸収できない負荷（走行抵抗）の変動が推定される場合に、予め負荷の増大（または減少分）に応じた駆動力の補正（アクセルオフセットやダウンシフト）を開始しておく。

これにより、実際にダウンシフトが完了するまでの応答遅れや、アクセルオフセットでエンジン１０２の出力が変化するまでの応答遅れを加味し、勾配変化位置２０５では負荷の変動に応じた駆動力を発生することで、目標車速に対する変動を抑制して、快適な定速走行制御を実現することができる。

図５に本発明の定速走行制御システムで行われる処理の一例を示すフローチャートの一例を示す。この処理は、所定の周期（例えば、数十ｍｓｅｃ）で繰り返して実行される。なお、車両２００の走行経路と目標車速は、自動運転制御ユニット１０４が受け付けた目的地と、地図情報とＧＰＳ３２の位置情報により、他の制御で決定された情報を用いる例を示す。

なお、以下の説明では、処理の主体を自動運転制御ユニット１０４とするが、自動運転制御ユニット１０４のメモリ１１にロードされた制御プログラム２１がＣＰＵ１０によって実行することで下記の処理が実現される。

自動運転制御ユニット１０４は、角度センサ３４から車両２００の進行方向に対する角度を検出する（Ｓ１）。なお、角度に代わって勾配（％）を用いてもよい。また、正の角度は登坂路を示し、負の角度は降坂路を示す。

自動運転制御ユニット１０４は、三次元測距センサ３１から車両２００の周辺情報（走行環境）を取得する。本実施例では、自動運転制御ユニット１０４は、三次元測距センサ３１から測距センサ観測点２０２を取得し、蓄積する。

自動運転制御ユニット１０４は、現在の車両２００の位置よりも前方（進行方向）の測距センサ観測点２０２と車両２００の角度から、図２Ｂで示したように勾配変化位置２０５と勾配推定値２０８を算出する（Ｓ３）。

次に、自動運転制御ユニット１０４は、勾配推定値２０８の絶対値が予め設定された閾値Ｔｈｄ以上であるか否かを判定する（Ｓ４）。自動運転制御ユニット１０４は、勾配推定値２０８が閾値Ｔｈｄ未満であれば、通常のＰＩＤ制御で負荷変動を吸収可能と判定してステップＳ１０に進んで、通常の変速制御及び駆動力制御を実行する。

一方、自動運転制御ユニット１０４は、勾配推定値２０８が閾値Ｔｈｄ以上であれば、通常のＰＩＤ制御では負荷変動を吸収できないと判定して目標駆動力の補正を予め開始しておくためにステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、自動運転制御ユニット１０４が、現在の変速比（または変速段）を取得し、上記算出された勾配推定値２０８と変速比で、変速比−勾配マップ２３を参照し、ダウンシフトの有無とアクセルオフセットを目標駆動力の事前補正値として算出する。なお、上述したように勾配推定値２０８の大きさに応じて、自動運転制御ユニット１０４はダウンシフト量（変速段数）を変更する。

ステップＳ６では、自動運転制御ユニット１０４が現在の変速比とダウンシフト量で、変速比−勾配マップ２３を参照し、変速時間２３３を推定変速時間として取得する。ステップＳ７では、自動運転制御ユニット１０４が、車速センサ３３から車速を取得し、ＧＰＳ３２から現在位置を取得して、勾配変化位置２０５への到達予定時間を算出する。

ステップＳ８では、自動運転制御ユニット１０４が、到達予定時間と推定変速時間の差分が所定の閾値Ｔｈｓ以下であるか否かを判定する。自動運転制御ユニット１０４は、上記差分が閾値Ｔｈｓ以下であればステップＳ９へ進み、そうでない場合にはステップＳ１０へ進む。

ステップＳ９では、自動運転制御ユニット１０４が負荷変動の発生予定に応じて、上記シフトダウン量を自動変速機制御ユニット１０１に指令し、アクセルオフセットをエンジン制御ユニット１０３に指令する。

これにより、自動運転制御ユニット１０４は、変速に要する時間（変速時間）を考慮し、車両２００が勾配変化位置２０５に到達する時点までに変速が完了するようにダウンシフト量と、アクセルオフセットを開始して負荷（走行抵抗）の変動に備える。すなわち、自動運転制御ユニット１０４は、勾配変化位置２０５までに目標駆動力の事前補正を完了させておく。

ステップＳ１０では、自動変速機制御ユニット１０１とエンジン制御ユニット１０３がそれぞれ変速制御と駆動力制御を実行する。自動変速機制御ユニット１０１は、自動運転制御ユニット１０４からダウンシフト量を指示された場合、当該ダウンシフト量の変速を行う。エンジン制御ユニット１０３は、自動運転制御ユニット１０４からアクセルオフセットを指示された場合、当該アクセルオフセットに応じて駆動力の調整を実施する。

なお、自動変速機制御ユニット１０１とエンジン制御ユニット１０３は、自動運転制御ユニット１０４からの指示がない場合には、車両２００の走行状態に応じた通常の制御を実行する。

ステップＳ１１では、自動運転制御ユニット１０４が、自動変速機制御ユニット１０１から変速終了の通知を受信したか否かを判定し、受信した場合にはステップＳ１２へ進み、そうでない場合には処理を終了する。

なお、自動運転制御ユニット１０４は、自動変速機制御ユニット１０１に対してダウンシフトを要求した場合に、自動変速機制御ユニット１０１から変速が完了した通知を受け付けて、ダウンシフトの指令した時点から変速が完了した通知を受信した時点までを変速時間として学習すればよい。なお、自動運転制御ユニット１０４は、実際の変速時間を、自動変速機制御ユニット１０１に測定させてもよい。

ステップＳ１２では、自動運転制御ユニット１０４が、推定変速時間が更新されたか否かを判定する。自動運転制御ユニット１０４は、更新されていない場合にはステップＳ１３へ進み、更新されている場合にはステップＳ１４へ進む。なお、自動運転制御ユニット１０４は、ステップＳ６で推定変速時間が算出されていない場合には、ステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１３では、自動運転制御ユニット１０４が、実際の変速時間と変速パターンで変速時間マップ２２の変速時間２２３を更新する。変速パターンは、変速開始前の現変速段２２１と、ダウンシフト量（変速段数）で決定される値である。

ステップＳ１３では、自動運転制御ユニット１０４が、車速センサ３３から実際の車速と目標車速の差分を算出し、差分の絶対値が所定の閾値Ｔｈｖ以上で、かつ、変速比−勾配マップ２３が未更新であるか否かを判定する。

自動運転制御ユニット１０４は、車速の差分の絶対値が閾値Ｔｈｖ以上、かつ、変速比−勾配マップ２３が未更新の場合にはステップＳ１５へ進み、そうでない場合には処理終了する。変速比−勾配マップ２３が未更新か否かの判定は、例えば、ステップＳ６で推定変速時間を算出したときにフラグを１に設定し、ステップＳ１５で変速比−勾配マップ２３を更新した後にフラグをリセットすることで実現してもよい。

ステップＳ１５では、自動運転制御ユニット１０４が、変速比−勾配マップ２３を更新して、車両２００の経年劣化等による走行性能の変化を学習する。

具体的には、自動運転制御ユニット１０４が登坂路において実際の車速の落ち込みが、所定の閾値Ｔｈｖを超えて大きかった場合、当該勾配におけるダウンシフトを促し、アクセルオフセットを増加させる方向に変速比−勾配マップ２３を更新する。

あるいは、自動運転制御ユニット１０４が降坂路において実際の車速の増大が、所定の閾値Ｔｈｖを超えて大きかった場合、当該勾配におけるダウンシフトを促し、アクセルオフセットを減少させる方向に変速比−勾配マップ２３を更新する。

すなわち、自動運転制御ユニット１０４は、図３の変速比−勾配マップ２３において、アクセルオフセットの開始とダウンシフト要求領域の境界を、図中０％側に所定量ずつ移動させることで変速比−勾配マップ２３を更新する。

なお、自動運転制御ユニット１０４が、更新対象とする変速比−勾配マップ２３は、アクセルオフセットまたはダウンシフトの指令を送信するときの車速に対応する変速比−勾配マップ２３を選択すればよい。また、自動運転制御ユニット１０４が、更新対象とする変速比は、変速を開始した現変速段２２１であり、図３に示したアクセルオフセット＋１、＋２、＋３（あるいは、−１、−２、−３）を勾配が０％側に更新し、ダウンシフト要求領域の境界を０％側に更新する。

以上の処理によって、自動運転制御ユニット１０４は、走行負荷（走行抵抗）の変動予定に合わせた変速比へ事前に変速し、目標駆動力を事前に補正しておくことにより、目標車速への追従性を向上させることができる。また、マイナス方向の走行負荷の場合（下り坂等）には、事前のダウンシフトが可能となり、エンジンブレーキの活用による車両の安全性、耐久性の向上が期待できる。また、登坂路における一時的な車速の低下を抑制することが可能なため、本発明を採用した車両２００が普及した場合、登坂路での自然渋滞の緩和も期待できる。

また、上記処理では、自動運転制御ユニット１０４が、自動変速機制御ユニット１０１で変速が完了した後に実際の変速制御と駆動力制御の結果を基に二つの学習を行う。一つ目は、変速パターン毎の推定変速時間の学習である。自動変速機１００の変速時間は、変速パターンや変速機の個体バラツキ、経年劣化により変化する。そこで、自動運転制御ユニット１０４は、変速を完了した段階で、実際に変速に要した時間を算出し、変速時間マップ２２の変速時間を更新する。

二つ目は、変速比−勾配マップ２３の学習である。本実施例では、目標車速が明確に決まっているため、実車速の目標車速からの乖離という形で制御量の過不足を検出することができる。そこで、自動運転制御ユニット１０４は、変速が完了した段階で、目標車速と実際の車速（実車速）の乖離を変速比−勾配マップ２３の更新に利用し、学習させる。

上記変速時間マップ２２と変速比−勾配マップ２３の学習処理によって、車両２００の経年劣化等の走行性能変化にかかわらず目標車速を維持する制御を実現することができる。

図６は登坂路における車両のタイミングチャートを示し、図７は、降坂路における車両のタイミングチャートを示す。図６、図７では、走行路情報として縦軸に標高と勾配が配置され、従来技術と本発明の車両２００の挙動として駆動力と変速比及び実車速が配置され、横軸は時間を示す。

図６に示す登坂路においては、従来の定速走行制御システムでは登坂路に進入すると、走行負荷の増加に伴う車速の低下が生じてから初めて車速のフィードバック成分が有効となり、駆動力を増加させるように制御が実行されていた。従来技術の場合、目標車速へ落ち着くまでに一定の時間を要していた。

一方、本発明の定速走行制御システムでは、勾配変化位置２０５でダウンシフト、およびアクセルオフセットを重畳させることにより車速を常に一定に保つことができる。

また、図６に示す降坂路においても同様であり、従来技術では、走行負荷の減少に伴う車速の上昇が生じて初めて、ブレーキが踏まれ、目標車速へ落ち着くまでに時間を要していた。

さらに、従来技術ではダウンシフトによるエンジンブレーキではなく、摩擦ブレーキが使用されることにより、長い降坂路においてはブレーキの摩耗につながっていた。

一方、本発明の定速走行制御システムでは、降坂路の勾配変化位置２０５においてダウンシフトに加えて駆動力へマイナスのオフセットが重畳されることにより、摩擦ブレーキを使用することなしに、一定の車速を維持することができる。

本発明の定速走行制御システムによれば、予め運転者が目標車速を設定するＡＣＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｒｕｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）採用車、もしくは車両自身が目標車速を決定する自動運転車への適用が期待できる。これらの車両においては、本発明の実装に必要な各種外界センサ、車速制御器、変速制御器 自体はすでに搭載されており、ハードウェアの追加なしに、ソフトウェアの改修で対応が可能である。

以上、説明したように、定速走行制御システムは、三次元測距センサ３１と角度センサ３４によって負荷または走行抵抗の変動が発生する勾配変化位置２０５と勾配推定値２０８を検出し、車両２００が勾配変化位置２０５へ到達する到達予定時間までに、勾配推定値２０８に応じた目標駆動力の事前補正を開始しておく。定速走行制御システムは、目標駆動力の事前補正値として、自動変速機制御ユニット１０１へのダウンシフトと、エンジン制御ユニット１０３へのアクセルオフセットを算出する。

これにより、車両２００は勾配変化位置２０５に到達した時点で、勾配推定値２０８に応じた駆動力を得ることができ、勾配変化位置２０５を通過した後も目標車速を維持して走行することが可能となって、搭乗者に違和感を与えずに快適な走行を実現することができる。

上記駆動力の事前補正において、自動運転制御ユニット１０４は、ダウンシフトを指令する場合、変速パターンに対応する推定変速時間を変速時間マップ２２から取得する。そして、自動運転制御ユニット１０４は、車速に応じた勾配変化位置２０５への到達予定時間から推定変速時間以上の値を差し引いたタイミングで自動変速機制御ユニット１０１へダウンシフトを指令しておく。なお、駆動力の事前補正は、ダウンシフト（変速制御）とアクセルオフセット（動力源の出力制御）の少なくとも一方を行えばよい。

また、変速時間マップ２２と変速比−勾配マップ２３は、ダウンシフトが完了する度に自動運転制御ユニット１０４によって学習が行われるので、車両２００の経年劣化等による走行性能の変化にかかわらず、安定した定速走行を提供することができる。

＜まとめ＞
以上のように、上記実施例の走行制御システムは、設定された目標車速を維持する定速走行制御システムであって、動力源（エンジン１０２）からの駆動力を制御する駆動力制御部（自動変速機制御ユニット１０１、エンジン制御ユニット１０３）と、車速を検出する車速センサ（３３）と、プロセッサ（１０）とメモリ（１１）を有し、設定された目標車速と前記車速から目標駆動力を算出して前記駆動力制御部に目標駆動力を出力する定速走行制御部（自動運転制御ユニット１０４）と、車両（２００）の進行方向に対する傾斜角度を検出する角度センサ（３４）と、予め設定された走行経路上で、車両の進行方向の路面の位置（測距センサ観測点２０２）を検出する走行環境測定部（三次元測距センサ３１）と、を有し、前記定速走行制御部（自動運転制御ユニット１０４）は、前記車両の進行方向の路面の位置から、勾配が変化する位置として勾配変化位置（２０５）を算出し、勾配変化位置（２０５）以降の勾配を勾配推定値（２０８）として算出し、前記車速と前記勾配変化位置（２０５）に基づいて、前記車両が前記勾配変化位置（２０８）に到達する到達予定時間を算出し、前記勾配推定値（２０８）に基づいて目標駆動力の事前補正値（ダウンシフト、アクセルオフセット）を算出し、前記車両が前記勾配変化位置（２０５）へ到達する以前に前記事前補正値（ダウンシフト、アクセルオフセット）を前記駆動力制御部（１０１、１０３）へ出力する。

上記構成により、車両２００は勾配変化位置２０５に到達した時点で、勾配推定値２０８に応じた駆動力を得ることができ、勾配変化位置２０５を通過した後も目標車速を維持して走行することが可能となって、搭乗者に違和感を与えずに快適な走行を実現することができる。

また、前記駆動力制御部（自動運転制御ユニット１０４）は、前記動力源（エンジン１０２）からの出力を制御する出力制御部（エンジン制御ユニット１０３）と、前記動力源に連結された自動変速機（１００）を制御する変速制御部（自動変速機制御ユニット１０１）と、を含み、前記事前補正値は、前記自動変速機（１００）の現在の変速比から目標変速比に応じて変速制御部（１０１）へ指令するダウンシフト量と、前記出力制御部（１０３）へ指令する出力変化分のアクセルオフセットと、を含む。

上記構成により、走行制御システムは、目標駆動力の事前補正値が小さい場合（勾配が緩い）にはアクセルオフセットで目標駆動力の補正を行い、勾配推定値が大きい場合にはダウンシフトで目標駆動力を増大させることができる。

また、前記勾配変化位置（２０５）は、前記走行環境測定部（三次元測距センサ３１）が検出した車両の進行方向の路面の位置情報（測距センサ観測点２０２）から前記勾配推定値（２０８）を算出し、前記角度センサ（３４）が検出した車両の傾斜角度の延長線（２０３）上で前記勾配推定値（２０８）の勾配を有する路面の延長線（２０４）の交点である。

上記構成により、走行制御システムは、走行環境測定部（三次元測距センサ３１）が検出した測距センサ観測点２０２から負荷（走行抵抗）が変動する勾配変化位置２０５と勾配推定値２０８を検出することができる。

また、前記ダウンシフト量に応じた変速時間を予め設定した変速時間情報（変速時間マップ２２）をさらに有し、前記定速走行制御部（自動運転制御ユニット１０４）は、前記変速時間情報（２２）を参照して前記ダウンシフト量に応じた変速時間を算出して、前記車速から勾配変化位置（２０５）までの到達予定時間を算出し、前記到達予定時間から前記変速時間以上の時間を差し引いたタイミングで前記事前補正値を出力する。

自動運転制御ユニット１０４は、車速に応じた勾配変化位置２０５への到達予定時間から推定変速時間以上の値を差し引いたタイミングで自動変速機制御ユニット１０１へダウンシフトを指令しておく。これにより、車両２００は勾配変化位置２０５に到達した時点で、勾配推定値２０８に応じた駆動力を得ることができ、負荷（走行抵抗）の変動を吸収して勾配変化位置２０５を通過した後も目標車速を維持して走行することが可能となる。

また、自動運転制御ユニット１０４は、前記自動変速機（１００）の現在の変速比と、前記勾配推定値（２０８）に応じた前記ダウンシフト量とアクセルオフセットを予め設定した変速比−勾配情報（変速比−勾配マップ２３）をさらに有し、前記定速走行制御部（自動運転制御ユニット１０４）は、前記変速比−勾配情報（２３）を参照して現在の変速比と、前記勾配推定値（２０８）に応じた前記ダウンシフト量とアクセルオフセットを算出し、前記ダウンシフト量を指令した後に変速制御が完了した場合には、前記車速センサ（３３）から取得した車速と目標車速の差分に応じて前記変速比−勾配情報（２３）を更新する。

上記構成により、自動運転制御ユニット１０４は、変速が完了した段階で、目標車速と実際の車速の乖離を変速比−勾配マップ２３の更新に利用し、学習させる。上記変速時間マップ２２と変速比−勾配マップ２３の学習処理によって、車両２００の経年劣化等の走行性能変化にかかわらず目標車速を維持する制御を実現することができる。

また、前記定速走行制御部（自動運転制御ユニット１０４）は、前記ダウンシフト量を指令した後に変速制御が完了した後には、前記変速に要した時間を算出して前記変速時間情報（変速時間マップ２２）を更新する。

上記構成により、自動運転制御ユニット１０４は、変速を完了した段階で、実際に変速に要した時間を算出し、変速時間マップ２２の変速時間を学習することで、次回の推定変速時間を補正することができる。これにより、車両２００の経年劣化等の走行性能変化にかかわらず目標車速を維持する制御を実現することができる。

また、前記定速走行制御部（自動運転制御ユニット１０４）は、前記車両（２００）の位置情報を測定する外部装置（ＧＰＳ３２）に接続され、前記外部装置（３２）から車両の位置情報と、前記走行経路の情報を取得して、前記勾配変化位置（２０５）と前記勾配推定値（２０８）を補正する。

上記構成により、三次元測距センサ３１が検出した測距センサ観測点２０２に含まれるノイズの影響を抑制し、制御の精度を向上させることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、又は置換のいずれもが、単独で、又は組み合わせても適用可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、及び処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、及び機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

３１ 三次元測距センサ
３４ 角度センサ
１００ 自動変速機
１０１ 自動変速機制御ユニット
１０２ エンジン
１０３ エンジン制御ユニット
１０４ 自動運転制御ユニット
２００ 車両

Claims (7)

1. 設定された目標車速を維持する走行制御システムであって、
   動力源からの駆動力を制御する駆動力制御部と、
   車速を検出する車速センサと、
   プロセッサとメモリを有し、設定された目標車速と前記車速から目標駆動力を算出して前記駆動力制御部に目標駆動力を出力する定速走行制御部と、
   車両の進行方向に対する傾斜角度を検出する角度センサと、
   予め設定された走行経路上で、車両の進行方向の路面の位置情報を検出する走行環境測定部と、を有し、
   前記定速走行制御部は、
   前記車両の進行方向の路面の位置情報から、走行経路上で勾配が変化する位置として勾配変化位置を算出し、前記車両の進行方向の路面の位置情報から勾配変化位置以降の勾配を勾配推定値として算出し、
   前記車速と前記勾配変化位置に基づいて、前記車両が前記勾配変化位置に到達する到達予定時間を算出し、
   前記勾配推定値に基づいて目標駆動力の事前補正値を算出し、前記到達予定時間以前に前記事前補正値を前記駆動力制御部へ出力することを特徴とする走行制御システム。
2. 請求項１に記載の走行制御システムであって、
   前記駆動力制御部は、
   前記動力源からの出力を制御する出力制御部と、
   前記動力源に連結された自動変速機を制御する変速制御部と、を含み、
   前記事前補正値は、
   前記自動変速機の現在の変速比から目標変速比に応じて変速制御部へ指令するダウンシフト量と、
   前記出力制御部へ指令する出力変化分のアクセルオフセットと、を含むことを特徴とする走行制御システム。
3. 請求項２に記載の走行制御システムであって、
   前記勾配変化位置は、前記走行環境測定部が検出した車両の進行方向の路面の位置情報から前記勾配推定値を算出し、前記角度センサが検出した車両の傾斜角度の延長線上で前記勾配推定値の勾配を有する路面の延長線の交点であることを特徴とする走行制御システム。
4. 請求項２に記載の走行制御システムであって、
   前記ダウンシフト量に応じた変速時間を予め設定した変速時間情報をさらに有し、
   前記定速走行制御部は、
   前記変速時間情報を参照して前記ダウンシフト量に応じた変速時間を算出して、前記車速から勾配変化位置までの到達予定時間を算出し、前記到達予定時間から前記変速時間以上の時間を差し引いたタイミングで前記事前補正値を出力することを特徴とする走行制御システム。
5. 請求項３に記載の走行制御システムであって、
   前記自動変速機の現在の変速比と、前記勾配推定値に応じた前記ダウンシフト量とアクセルオフセットを予め設定した変速比−勾配情報をさらに有し、
   前記定速走行制御部は、
   前記変速比−勾配情報を参照して現在の変速比と、前記勾配推定値に応じた前記ダウンシフト量とアクセルオフセットを算出し、
   前記ダウンシフト量を指令した後に変速制御が完了した場合には、前記車速センサから取得した車速と目標車速の差分に応じて前記変速比−勾配情報を更新することを特徴とする走行制御システム。
6. 請求項４に記載の走行制御システムであって、
   前記定速走行制御部は、
   前記ダウンシフト量を指令した後に変速制御が完了した後には、変速に要した時間を算出して前記変速時間情報を更新することを特徴とする走行制御システム。
7. 請求項４に記載の走行制御システムであって、
   前記定速走行制御部は、
   前記車両の位置情報を測定する外部装置に接続され、前記外部装置から車両の位置情報と、前記走行経路の情報を取得して、前記勾配変化位置と前記勾配推定値を補正することを特徴とする走行制御システム。

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