JP2020159326A - 車速制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】実際の車速を目標車速に一致させ易くすることにより、運転のフィーリングを良好にすると共に、下り勾配において主ブレーキの使用を抑制すること。【解決手段】複数の補助ブレーキを備える車両の車速を制御する車速制御装置は、前記車両の走行抵抗に基づいて必要な減速トルクを演算する演算部と、前記減速トルクに応じて前記複数の補助ブレーキの中から作動させる補助ブレーキを選択し、選択した補助ブレーキを作動させる制御部と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の補助ブレーキを備える車両の車速を制御する車速制御装置に関する。
従来、設定された車速からの逸脱上限値を設け、車速がこの逸脱上限値を上回った場合に補助ブレーキを作動させる制御装置が知られている。
特許文献１は、車両運転状態に応じて減速トルクの目標値を算出し、算出した目標値に応じてバルブ駆動機構の駆動を制御することにより、車両運転状況に応じた適切なエンジンブレーキを作動させる制御装置を開示している。
特開２００３−１７６７３３号公報
しかしながら、従来の制御装置は、主に下り勾配等で補助ブレーキが適切に作動しないことにより、設定された車速から大きく逸脱したり車速のハンチングが発生したりするため、運転のフィーリングが悪いという課題を有する。
本発明の目的は、実際の車速を目標車速に一致させ易くすることにより、運転のフィーリングを良好にすることができると共に、下り勾配において主ブレーキの使用を抑制することができる車速制御装置を提供することである。
本発明に係る車速制御装置は、複数の補助ブレーキを備える車両の車速を制御する車速制御装置であって、前記車両の走行抵抗に基づいて必要な減速トルクを演算する演算部と、前記減速トルクに応じて前記複数の補助ブレーキの中から作動させる補助ブレーキを選択し、選択した補助ブレーキを作動させる制御部と、を有する。
本発明によれば、実際の車速を目標車速に一致させ易くすることにより、運転のフィーリングを良好にすることができると共に、下り勾配において主ブレーキの使用を抑制することができる。
本発明の実施の形態に係る車速制御装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係る車速制御装置の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態に係る車速制御装置の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態に係る車速制御装置の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態に係る車速制御装置で使用されるエンジン回転数と減速トルクとの関係を示す図
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施の形態につき、詳細に説明する。
＜車速制御装置の構成＞
本発明の実施の形態に係る車速制御装置１の構成につき、図１を参照しながら、以下に詳細に説明する。
車速制御装置１は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等の電子制御装置によって構成され、図示を省略するエンジンの駆動力を駆動輪に伝達する車両に搭載されている。
具体的には、車速制御装置１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２と、メモリ５と、燃料噴射弁作動回路６と、圧縮開放ブレーキ機構作動回路７と、リターダ作動回路８と、を有している。ＣＰＵ２は、演算部３と、制御部４と、を備えている。演算部３と、制御部４と、はＣＰＵ２における制御プログラム実行時の機能ブロックとして構成されるが、これらは、必要に応じて、電気回路として構成されてもよい。
演算部３は、車速センサ１１から入力される車両の車速に応じた電気信号、測位信号受信部１２から入力される測位衛星から受信した測位信号、レーダ１３から入力される車両の周囲に発射した電波の反射波の強度に応じた電気信号、及びカメラ１４から入力される車両の周囲の画像の画像信号と、メモリ５に記憶されている情報と、に基づいて、必要な減速トルク（以下、単に「減速トルク」と記載する）を算出する。
制御部４は、クランク角センサ１５から入力されるエンジンのクランク角に応じた電気信号に基づいて、エンジン回転数を算出する。また、制御部４は、図示しないパルスセンサから入力されるトランスミッションのアウトプットシャフトの回転に応じたパルス信号の周波数に基づいてトランスミッションのアウトプットシャフトの回転数を算出する。また、制御部４は、エンジン回転数及びトランスミッションのアウトプットシャフトの回転数等に基づいて、各補助ブレーキのブレーキ力を算出する。制御部４は、算出した各補助ブレーキのブレーキ力と、演算部３により算出された減速トルクと、に応じて、車両が搭載する複数の補助ブレーキの中から選択した補助ブレーキを作動させる制御信号を、燃料噴射弁作動回路６、圧縮開放ブレーキ機構作動回路７又はリターダ作動回路８に出力する。ここで、補助ブレーキは、エンジンブレーキ、圧縮開放ブレーキ及びリターダである。なお、補助ブレーキとしては、上記に限らず、主ブレーキ以外の排気ブレーキ等の車両に搭載可能な任意のブレーキを用いることができる。
メモリ５は、ＣＰＵ２によって実行される制御プログラム、及び勾配情報を含む三次元の地図情報を予め記憶している。メモリ５は、各補助ブレーキを作動させる際に使用される後述の閾値を記憶する。
燃料噴射弁作動回路６は、制御部４から入力される制御信号により動作して燃料噴射弁１６の作動を制御する。
圧縮開放ブレーキ機構作動回路７は、制御部４から入力される制御信号により動作して圧縮開放ブレーキ機構１７の作動を制御する。
リターダ作動回路８は、制御部４から入力される制御信号により動作してリターダ１８の作動を制御する。
＜車速制御装置の動作＞
本発明の実施の形態に係る車速制御装置１の動作につき、図１から図４を参照しながら、以下に詳細に説明する。
車速制御装置１は、車速制御を停止させる操作がなされるまで、図２から図４に示す動作を所定の制御周期で繰り返し行う。
まず、ＣＰＵ２の演算部３は、単独で走行している場合には、車速センサ１１から入力される電気信号に基づいて現在の車速を算出し、目標車速を設定すると共に、現在の車速と目標車速とを用いてＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御等によって目標加速度ａｔを算出する。また、演算部３は、ＡＣＣ（Adaptive Cruise Control；アダプティブ・クルーズ・コントロール（定速走行・車間距離制御））を実行して前方車両に追従して走行している場合には、公知の種々のロジックを用いて目標加速度ａｔを算出する（Ｓ００１）。ＡＣＣが行われる際、ＣＰＵは、車両の先行車への追従状態、例えば、車両が先行車に追従しているか否かを検出する機能部である追従状態検出部としても機能する。なお、ＡＣＣを実行可能な車両がカメラ又はミリ波レーダ等の、車両の周辺の状況を検出するセンサを搭載し、ＣＰＵとこれらセンサが接続されていることは言うまでも無い。
次に、演算部３は、入力される各種検出値及びメモリ５に記憶されている値に基づいて、減速トルクｕ（ｔ）を計算により算出する（Ｓ００２）。
具体的には、演算部３は、（１）式を用いて、減速トルクｕ（ｔ）を算出する。
ｕ（ｔ）＝（ｒｄ／（ｉ×η））×（（λ×Ｓ×Ｖ２）＋（ｍ×ｇ×（μ＋ｓｉｎθ））＋（（ｍ＋Δｍ）×ａｔ））・・・（１）
（１）式において、ｒｄはタイヤの有効半径、ｉは変速段に応じた総減速比、ηは伝達効率、λは空気抵抗係数、Ｓは車両の前面投影面積、Ｖは車速、ｍは車重、ｇは重力加速度、μは転がり抵抗係数、θは路面の勾配、Δｍは駆動機構回転部の慣性重量及びａｔは目標加速度である。
（１）式において、λ×Ｓ×Ｖ２は空気抵抗、ｍ×ｇ×μは転がり抵抗、ｍ×ｇ×ｓｉｎθは勾配抵抗、及び（ｍ＋Δｍ）×ａｔは加速抵抗である。これらの空気抵抗、転がり抵抗、勾配抵抗及び加速抵抗は、車両の走行抵抗となる。（１）式におけるｒｄ、ｉ、η、λ、Ｓ、μ及びΔｍの各値は、メモリ５に予め記憶されている。
また、演算部３は、（１）式におけるメモリ５に記憶されていない各値を算出する。具体的には、演算部３は、車速センサ１１から入力される電気信号に基づいて車速Ｖを算出する。演算部３は、測位信号受信部１２から入力される測位信号に基づいて現在位置を算出し、メモリ５に記憶されている３次元の地図情報を参照して、現在位置における勾配θを算出する。３次元の地図情報を参照できない場合は、加速度センサから入力される信号等を用いて勾配θを推定する。演算部３は、公知のロジックを用いて車重ｍを推定する。
演算部３は、上記のメモリ５に記憶されている各値と、上記により算出及び推定した各値とを用いて、（１）式により減速トルクｕ（ｔ）を算出する。
次に、制御部４は、各補助ブレーキのブレーキ力を計算により算出する（Ｓ００３）。具体的には、制御部４は、エンジン回転数およびトランスミッションのアウトプットシャフトの回転数を算出し、算出したエンジン回転数および、トランスミッションアウトプットシャフト回転数における各補助ブレーキのブレーキ力として図５に示すＳ１からＳ４、及び、Ｓ１１からＳ１４の各閾値を算出する。そして、制御部４は、算出した各閾値をメモリ５に記憶する。
ここで、閾値Ｓ１１は、閾値Ｓ１に対して減速トルクの低下方向にヒステリシスを有し、閾値Ｓ１２は、閾値Ｓ２に対して減速トルクの低下方向にヒステリシスを有し、閾値Ｓ１３は、閾値Ｓ３に対して減速トルクの低下方向にヒステリシスを有し、閾値Ｓ１４は、閾値Ｓ４に対して減速トルクの低下方向にヒステリシスを有している。よって、一度作動した又は強まった補助ブレーキが、すぐに作動を停止するまたは弱まることを防止できる。
また、制御部４は、車両の先行車への追従状態に応じて、ヒステリシスの幅を調整する。例えば、ＡＣＣを実行して前方車両に追従して走行している場合には、前方車両に追従しないで走行している場合に比べて、制御部４はヒステリシスの幅Ｈを大きくする。これにより、前方車両に追従して走行している場合に、挙動が予測できない前方車両の車速の影響を受けて補助ブレーキを作動する場合と作動しない場合とが繰り返されることによる車両の挙動が不安定になることを防ぐことができる。
更に、制御部４は、前方車両に追従して走行していない場合において、測位信号受信部１２から入力される測位信号とメモリ５に記憶されている地図情報とに基づいて路面の下り勾配を検出した際に、下り勾配を検出しない場合に比べて、ヒステリシスの幅Ｈを小さくする。これにより、不要な減速力の発生を抑制することが出来る。
なお、制御部４は、上記の条件に応じてヒステリシスの幅Ｈを変化させる場合に限らず、上記以外の任意の条件に応じてヒステリシスの幅Ｈを変化させることができる。
次に、制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が相対的に変化したか否かを判定する（Ｓ００４）。減速トルクｕ（ｔ）が相対的に変化する場合には、以下の２つの場合がある。１つは、前回算出した減速トルクｕ（ｔ）の値と、今回算出した減速トルクｕ（ｔ）の値とが異なる場合である。もう１つは、前回算出した減速トルクｕ（ｔ）の値と、今回算出した減速トルクｕ（ｔ）の値とが等しいものの、エンジン回転数、トランスミッションのアウトプットシャフトの回転数、道路勾配等、車両及びその周辺の条件が変化したことにより、各補助ブレーキによって得られるブレーキ力が変化した場合である。
制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）に相対的な変化が無い場合に（Ｓ００４：ＮＯ）、動作を終了する。
一方、制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）に相対的な変化が有る場合に（Ｓ００４：ＹＥＳ）、減速トルクｕ（ｔ）が相対的に増加しているか否かを判定する（Ｓ００５）。減速トルクｕ（ｔ）が相対的に増加する場合には、以下の２つの場合がある。１つは、前回算出した減速トルクｕ（ｔ）の値よりも、今回算出した減速トルクｕ（ｔ）の値の方が大きい場合である。もう１つは、前回算出した減速トルクｕ（ｔ）の値と、今回算出した減速トルクｕ（ｔ）の値とが等しいものの、エンジン回転数、トランスミッションのアウトプットシャフトの回転数、道路勾配等、車両及びその周辺の条件が変化したことにより、各補助ブレーキによって得られるブレーキ力が低下した場合である。
減速トルクｕ（ｔ）が相対的に増加している場合（Ｓ００５：ＹＥＳ）、制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ１以上であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。
制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ１未満の場合に（Ｓ１０１：ＮＯ）、図５に示す領域Ａの範囲内で減速トルクｕ（ｔ）が相対的に増加したものであり、補助ブレーキを作動していない状態から補助ブレーキを作動させる必要の無い状態へ変化したものであるため、補助ブレーキを作動させる制御を行なわずに動作を終了する。
一方、制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ１以上の場合に（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ２以上であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。
制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ２未満の場合に（Ｓ１０２：ＮＯ）、減速トルクｕ（ｔ）が図５に示す領域Ｂの範囲内であるため、エンジンブレーキの制動力を得るために燃料の噴射を停止（燃料カット）する制御信号を燃料噴射弁作動回路６に出力して（Ｓ１０３）、その後に動作を終了する。
一方、制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ２以上の場合に（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ３以上であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。
制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ３未満の場合に（Ｓ１０４：ＮＯ）、減速トルクｕ（ｔ）が図５に示す領域Ｃの範囲内であるため、燃料カットに加えて、圧縮開放ブレーキの弱めの制動力を得るための制御信号を圧縮開放ブレーキ機構作動回路７に出力して（Ｓ１０５）、その後に動作を終了する。ここで、圧縮開放ブレーキの弱めの制動力を得るためには、例えば圧縮開放ブレーキの最大ブレーキ力を１００％とした場合において、圧縮開放ブレーキのブレーキ力を５０％にする。なお、圧縮開放ブレーキの弱めの制動力を得るためには、圧縮開放ブレーキのブレーキ力を５０％にする場合に限らず０％及び１００％以外の任意の値にすることができる。
一方、制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ３以上の場合に（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ４以上であるか否かを判定する（Ｓ１０６）。
制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ４未満の場合に（Ｓ１０６：ＮＯ）、減速トルクｕ（ｔ）が図５に示す領域Ｄの範囲内であるため、燃料カットに加えて、圧縮開放ブレーキの強めの制動力を得るための制御信号を圧縮開放ブレーキ機構作動回路７に出力して（Ｓ１０７）、その後に動作を終了する。ここで、圧縮開放ブレーキの強めの制動力を得るためには、例えば圧縮開放ブレーキの最大ブレーキ力を１００％とした場合に圧縮開放ブレーキのブレーキ力を１００％にする。なお、圧縮開放ブレーキの強めの制動力を得るためには、圧縮開放ブレーキのブレーキ力を１００％にする場合に限らず、圧縮開放ブレーキの弱めの制動力を得る場合のブレーキ力よりも強いブレーキ力であれば任意の値にすることができる。
一方、制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ４以上の場合に（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、減速トルクｕ（ｔ）が図５に示す領域Ｅの範囲内であるため、燃料カット及び圧縮開放ブレーキの強めの制動力に加えて、リターダの制動力を得るための制御信号をリターダ作動回路８に出力して（Ｓ１０８）、その後に動作を終了する。
また、制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が相対的に減少している場合に（Ｓ００５：ＮＯ）、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ１４未満であるか否かを判定する（Ｓ２０１）。
制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ１４以上の場合に（Ｓ２０１：ＮＯ）、減速トルクｕ（ｔ）が図５に示す領域Ｅの範囲内であるため、燃料カットを行うと共に、圧縮開放ブレーキの強めの制動力及びリターダの制動力を保持し（Ｓ２０２）、その後に動作を終了する。
一方、制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ１４未満の場合に（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ１３未満であるか否かを判定する（Ｓ２０３）。
制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ１３以上の場合に（Ｓ２０３：ＮＯ）、減速トルクｕ（ｔ）が図５に示す領域Ｄの範囲内であるため、燃料カットを行うと共に、圧縮開放ブレーキの強めの制動力を保持し（Ｓ２０４）、その後に動作を終了する。
一方、制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ１３未満の場合に（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ１２未満であるか否かを判定する（Ｓ２０５）。
制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ１２以上の場合に（Ｓ２０５：ＮＯ）、減速トルクｕ（ｔ）が図５に示す領域Ｃの範囲内であるため、燃料カットを行うと共に、圧縮開放ブレーキの弱めの制動力を保持し（Ｓ２０６）、その後に動作を終了する。
一方、制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ１２未満の場合に（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ１１未満であるか否かを判定する（Ｓ２０７）。
制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ１１以上の場合に（Ｓ２０７：ＮＯ）、減速トルクｕ（ｔ）が図５に示す領域Ｂの範囲内であるため、燃料カットを行い（Ｓ２０８）、その後に動作を終了する。
一方、制御部４は、減速トルクｕ（ｔ）が閾値Ｓ１１未満の場合に（Ｓ２０７：ＹＥＳ）、減速トルクｕ（ｔ）が図５に示す領域Ａの範囲内であるため、全ての補助ブレーキの作動を停止し（Ｓ２０９）、その後に動作を終了する。
このように、本実施の形態によれば、車両の走行抵抗に基づいて必要な減速トルクを演算し、減速トルクに応じて複数の補助ブレーキの中から選択した補助ブレーキを作動させることにより、実際の車速を目標車速に一致させ易くすることにより、運転のフィーリングを良好にすることができると共に、下り勾配において主ブレーキの使用を抑制することができる。
なお、本発明は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施の形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
本発明に係る車速制御装置は、複数の補助ブレーキを備える車両の車速を制御するのに好適である。
１ 車速制御装置
２ ＣＰＵ
３ 演算部
４ 制御部
５ メモリ
６ 燃料噴射弁作動回路
７ 圧縮開放ブレーキ機構作動回路
８ リターダ作動回路
１１ 車速センサ
１２ 測位信号受信部
１３ レーダ
１４ カメラ
１５ クランク角センサ
１６ 燃料噴射弁
１７ 圧縮開放ブレーキ機構
１８ リターダ

Claims (5)

  1. 複数の補助ブレーキを備える車両の車速を制御する車速制御装置であって、
    前記車両の走行抵抗に基づいて必要な減速トルクを演算する演算部と、
    前記減速トルクに応じて前記複数の補助ブレーキの中から作動させる補助ブレーキを選択し、選択した補助ブレーキを作動させる制御部と、
    を有する車速制御装置。
  2. 前記制御部は、前記減速トルクにヒステリシスを設けて、前記複数の補助ブレーキの中から作動させる補助ブレーキを選択する、
    請求項１に記載の車速制御装置。
  3. 前記車両の先行車への追従状態を検出する追従状態検出部をさらに有し、
    前記制御部は、前記車両の先行車への追従状態に応じて前記ヒステリシスの幅を調整する、
    請求項２に記載の車速制御装置。
  4. 前記制御部は、前記車両が前記先行車に追従している場合には、前記先行車に追従していない場合に比べて、前記ヒステリシスの幅を大きくする、
    請求項３に記載の車速制御装置。
  5. 前記制御部は、前記先行車に追従していない場合において、路面の下り勾配を検出した場合には、前記路面の下り勾配を検出しない場合に比べて、前記ヒステリシスの幅を小さくする、
    請求項３または４に記載の車速制御装置。

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