JP2751655B2 - 車両の自動運転装置 - Google Patents

車両の自動運転装置

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JP2751655B2
JP2751655B2 JP3081770A JP8177091A JP2751655B2 JP 2751655 B2 JP2751655 B2 JP 2751655B2 JP 3081770 A JP3081770 A JP 3081770A JP 8177091 A JP8177091 A JP 8177091A JP 2751655 B2 JP2751655 B2 JP 2751655B2
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亮 下薗
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日産自動車株式会社
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【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】この発明は、シャシダイナモメー
タ上の車両を自動運転する装置、特にアクセルアクチュ
エータの制御に関する。

【0002】

【従来の技術】試験車両がしばしば変わる排気・燃費評
価実験のため、エアシリンダを用い小型・軽量・着脱容
易な自動運転装置が開発されている(昭和61年10月
自動車技術会発行、学術講演会前刷集862)。

【0003】これを説明すると、この装置は、図21に
示すように、試験車両41のアクセルペダル42,ブレ
ーキペダル43,クラッチペダル44およびシフトレバ
ー45を指令ストロークに応じて駆動する複動式の各エ
アシリンダ46からなるアクチュエータと、電磁弁ユニ
ット48,前記エアシリンダ46の数と同数だけ設けら
れる電磁弁駆動回路49、8ビット1チップマイクロコ
ンピュータ50からなるアクチュエータ制御部と、汎用
16ビットパーソナルコンピュータ55からなる主制御
部とから構成される。

【0004】エンジンの回転数Ne,車速,エアシリンダ
46の現在位置(ポテンショメータ47にて検出される)
のほか外部指令の入力されるパーソナルコンピュータ5
5では、そのキーボードにより図X3に示した「ティー
チング(自動計測のこと)」、「自動運転」、「手動走行」、
「終了」の各操作を選択することができ、選択された動作
をコンピュータ内のCPUが実行する。

【0005】このうち、「ティーチング」には、変速機の
ギアチェンジ位置と各ペダル位置の2つのティーチング
があり、前者では、試験者が手動で変速機のシフトレバ
ー45を操作してギアチェンジを行うことにより各ギア
位置がティーチングデータとしてコンピュータ内のメモ
リに記憶される。後者では装置がプログラムに基づいて
自動的に各ペダル42〜44を踏み込むことにより、ア
クセルペダル42の遊び代、ブレーキペダル43の効き
始め位置、クラッチのつながり位置などを記憶する。

【0006】「自動運転」が選択されると、シャシダイナ
モメータからの実車速とメモリから要求される指令車速
を比較し、実車速が指令車速と一致するように、アクセ
ルペダル42とブレーキペダル43のいずれを操作すべ
きかを判別するとともに、各エアシリンダ46に指令す
るタイミングと位置を決定する。エアシリンダ46の指
令位置Lsはその現在位置Liとともに、マイクロコンピ
ュータ50に出力される。

【0007】エアシリンダ46の現在位置Liが指令位
置Lsと一致するように制御を行うマイクロコンピュー
タ50では、指令位置Lsと現在位置Liの差ΔLを求
め、このΔLに応じた開弁時間をテーブルデータを参照
して決定する。かつΔLに付される正負の符号に応じ
て、エアシリンダ46を駆動させるための電磁弁(図2
3でA,A’あるいはB,B’)を選択して開かせる。

【0008】たとえば、図23において、アクセルペダ
ル42を踏み増すためにエアシリンダ46のピストン4
6Aを現在位置Liより指令位置Lsに移動させるには、
電磁弁A,A’の側を選択し、これら電磁弁A,A’をΔ
Lに応じた開弁時間だけ開く。電磁弁B,B’の側は閉
じている。

【0009】なお、電磁弁A,A’,B,B’は実際には
1個ずつではなく、図24で示すように、例えば5kgf
/cm2ほどの空気圧が導入される入口58Aと大気圧に
解放される出口58Bを設けたエアギャラリ58に、2
つの電磁弁が並列に接続されたものである。これは、エ
アシリンダ46のピストン46Aに作用する負荷と空気
流量が同じならば、電磁弁の数が増すほどピストン速度
が速くなるからである。クラッチペダル用のエアシリン
ダには、変速時間を短縮するため3つの電磁弁を対で用
いている。

【0010】上記電磁弁A,A’の開弁により、5kgf/
cm2の空気圧が電磁弁Aを経てエアシリンダ46の右室
46Bに加わる一方、左室46Cの空気が電磁弁A’を
経て大気に放出されると、ピストン46Aが指令位置L
sまで移動する。このピストン46Aの移動により、ワ
イヤ56とリンク機構57を介してアクセルペダル42
が踏み増しされる。 こうしたエアシリンダ46の位置
制御にて、各ペダル42〜44とシフトレバー45が動
作し自動運転が行なわれる。

【0011】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
装置では、実車速と指令車速を比較し、実車速が指令車
速と一致するように、エアシリンダ46の位置制御を行
う構成であるため、試験車両に最適な制御ゲイン(指令
車速と実車速の偏差をエアシリンダの操作量(以下「スト
ローク」という)に変換する際の定数を設定する必要が
ある。

【0012】この場合、車両が変わると、最適な制御ゲ
インの値も変わるので、試験車両ごとに制御ゲインを変
更しなければならない。このことは、シャシダイナモメ
ータの負荷条件が変更されたときも同様である。つま
り、最適な制御ゲインは車両ごとおよびメモリに記憶さ
せる指令車速のデータに応じて異なるため、その調整が
煩雑であり作業に長時間を要する。

【0013】しかも、このようにして手間と時間をかけ
て制御ゲインを決定しても、環境温度が変動するとエン
ジンや車両に使われている油脂類の粘度特性変化に伴っ
てエンジン内部や動力伝達系統の機械効率も変化するた
め最適な制御ゲインが変化してしまう。

【0014】この発明はこのような従来の問題点に着目
してなされたもので、自動運転に先立って、ティーチン
グに基づいてアクセルペダル等の出力制御機構の作動量
とエンジン出力トルクとの関係を供給する構成とし、自
動運転状態下では前記出力制御機構の作動量−トルクの
関係から導かれるトルク値を温度補正したうえでアクセ
ルアクチュエータ等に指令する制御値を決定することに
より、車両のセッティングに要する調整時間の短縮化を
図ると共に、温度変化に原因する誤差の発生を解消した
装置を提供することを目的とする。

【0015】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、図1に示したように、アクセルペダル1
を指令ストロークに応じて駆動するアクセルアクチュエ
ータ2と、車速を検出するセンサ3と、この車速の変化
速度を計算する手段4と、エンジンの回転数Neを検出
するセンサ5と、ティーチングにより前記車速,その変
化速度およびそのときのエンジン回転数Neを用いてエ
ンジンの出力トルクとこのトルクを発生させる出力制御
機構(例えばアクセルペダルや絞り弁)の作動量との関
係を提供する手段6と、指令車速のデータをあらかじめ
記憶する手段8と、この指令車速の変化速度を計算する
手段9と、これら指令車速およびその変化速度で車両が
走行するに必要な馬力を演算する手段10と、この必要
馬力PSから加減速の必要を判定する手段11と、この
判定結果に基づき前記必要馬力PSをそのときのエンジ
ン回転数Neにてエンジン出力トルクTに換算する手段
12と、車両の所定部位の温度Ttを検出する手段19
と、前記換算トルクを発生させる出力制御機構の作動量
を前記作動量−トルクの関係と前記検出温度Ttとに基
づいて演算する手段13と、この演算した作動量に応じ
て前記アクチュエータ2に駆動指令を発する手段14と
を備える。

【0016】

【作用】上記構成において、シャシダイナモメータ上で
の試験車両を自動運転させるのに先立って、ティーチン
グにより車速,その変化速度およびそのときのエンジン
回転数を用いて、試験車両ごとにエンジン出力トルク
と、そのトルクを発生させるのに必要なアクセルペダル
あるいは絞り弁開度等の出力制御機構の作動量の関係が
供給される。

【0017】走行モードなどの指令車速データに従う自
動運転状態に入ると、そのデータにより指定されている
指令車速とその変化速度にて車両が走行するのに必要な
馬力PSが求められ、この馬力PSから加速すべきかま
たは定常でよいか等が判定される。

【0018】この判定結果に基づき前記必要馬力がその
ときのエンジン回転数にてエンジン出力トルクTに換算
され、このトルクTを発生させる出力制御機構の作動量
が前記作動量−トルクのテーブルを用いて演算される。

【0019】この出力制御機構の作動量に対応してアク
セルアクチュエータ2が駆動指令され、その指令に応じ
てアクセルペダル1が踏み増しされると、加速しなけれ
ばならないとか定常でよいとかいった、要求に応じたト
ルクが発生する。

【0020】このときに発生するトルクは、車両の所定
部位の温度、例えばエンジン油温や流体式自動変速機の
流体温度を考慮して制御されており、すなわちこれによ
り温度による摩擦損失や機械損失の影響が排除されてい
る。なお、このような温度補償操作は、出力制御機構の
作動量−トルクの関係から得られた作動量と、この作動
量を導くための換算トルクの何れに対して施しても同様
の結果が得られる。

【0021】

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。実施例の機
構的な構成は概ね図21と同じであり、パーソナルコン
ピュータ55には、エンジン回転数Ne(点火信号パルス
の入力またはそのパルスの電圧変換入力より得られる)
とフィードバック信号としての実車速(タコジェネレー
タの電圧入力またはパルスジェネレータによるパルス入
力から得られる)が入力されるほか、パーソナルコンピ
ュータ55のメモリには指令車速のデータ(たとえば1
0モード走行に必要となる経過時間と指令車速の関係を
表すテーブル)があらかじめ記憶されている。

【0022】ただし、パーソナルコンピューター55に
は、車両の温度条件として図2に示したようにエンジン
60のオイルパン61に取り付けられた温度センサ62
からのエンジン油温信号、さらに流体式自動変速機付車
両の場合には自動変速機63に取り付けられた温度セン
サ64からのトルコン流体温度信号が入力される。

【0023】また、パーソナルコンピュータ55では、
従来と相違して、次の(1)〜(3)の動作が実行される。
この場合、(1)と(2)が自動運転に先立って実行する事
項、(3)が自動運転にて実行する事項である。以下この
順に説明する。

【0024】(1)動力性能のティーチングによるテーブ
ルの作成 これは、図1の作動量−トルク供給手段6の機能を果た
す部分で、所定のプログラムにしたがって実行する。こ
の場合、出力制御機構の作動量としてはアクセルアクチ
ュエータのストローク量を決定する。

【0025】所定の車速またはエンジン回転数(たとえ
ば、低速、中速、高速の3種)にある定常走行または定
常状態からアクセルアクチュエータ(アクセルペダル用
のエアシリンダ)に異なるストロークを順次与え、その
各ストロークごとに車速の変化速度を測定し、その変化
速度と車速からエンジン出力トルクTを算出する。

【0026】たとえば、パーソナルコンピュータ55か
らの指令により、図3で示すように、ストロークをB点
よりA点へと所定量だけ大きくすると、車速はV1より
若干の遅れをもってΔt秒後にΔVだけ上昇する。

【0027】このときのエンジン出力馬力PSは、次式
で計算される。 PS=K1μrWV +K2μc{ρ/(2g×3.62)}AV3 +K3{(W+We)/g}Vα… ただし、式の符号の意味は下記の通りであり、車速お
よびその変化速度α(=ΔV/Δt)以外の値は車両ごと
にパーソナルコンピュータ55のメモリに入力してお
く。 PS;必要馬力[Ps] K1,K2,K3;定数 μr;タイヤのころがり抵抗係数 W;車重[kgf] V;車速[km/h] μc;空気抵抗係数 A;車両の前面投影面積[m2] ρ;空気密度[kg/m3] g;重力の加速度[m/s2] We;回転部分の慣性相当重量[kgf] α;加速度[m/s2] 式のPSは車速Vと加速度αで車両が走行するのに必
要な馬力であり、右辺の第1項はころがり抵抗馬力、第
2項は風損抵抗馬力、第3項は加速抵抗馬力と称してい
る。

【0028】一方、シャシダイナモメータ上で車両を走
行させる場合は、ころがり抵抗馬力と風損抵抗馬力の合
計は定常走行馬力と呼ばれ、シャシダイナモメータの動
力吸収馬力に等しい。このため、シャシダイナモメータ
を使用する場合には、式を用いなくとも、動力吸収馬
力を車速ごとに測定して求めたほうがより現実的であ
る。

【0029】動力吸収馬力を測定するには、シャシダイ
ナモメータ上で車両を所定の車速まで上昇させた後、ギ
ヤをニュートラルにし、図4で示すように、アクセルア
クチュエータに指令するストロークを所定量小さくした
場合の減速度を測定する。この減速度と車速を式の第
3項でWe=0とした式に入れると、動力吸収馬力が計
算される。ここで求められる動力吸収馬力には、機械損
失やタイヤ損失等の損失馬力が含まれているため、この
動力吸収馬力は定常走行馬力そのものである。こうして
求めた動力吸収馬力(定常走行馬力)と車速の関係を図5
に示す。

【0030】なお、シャシダイナモメータの動力吸収特
性が式にしたがわない場合の定常走行馬力は、図5を
内容とするテーブルを参照して補間計算により求め、こ
の値と式の第3項のみを計算した加速損失馬力との和
をこの場合の必要馬力PSとして計算すればよい。

【0031】こうして得られた定常走行または加速走行
時の必要馬力PS[Ps]はそのときのエンジン回転数Ne
[rpm]を用いて次式 T=(716.2/Ne)PS… によりエンジン出力トルクT[kgf]に換算し、この出力
トルクTとこのTを発生させるアクセルアクチュエータ
ストロークの関係を数表(テーブル)にする。

【0032】図6にこのテーブルの内容を示す。エンジ
ン回転数が相違すると同一ストロークでもエンジン出力
トルクが変化するため、この例では、3種類のエンジン
回転数(低回転数,中回転数および高回転数)に対してテ
ーブルを作成している。ただし、車速が相違してもエン
ジン回転数が大きく変化しない場合は、1つのエンジン
回転数に対するテーブルだけで足りる。

【0033】なお、自動変速機のように、エンジンと駆
動軸とが剛体でつながっていない場合は、キックダウン
が発生するので、複数の一定エンジン回転数に対して測
定できない場合がある。この場合には、測定可能なエン
ジン回転数(一般に高回転側)により求めたストローク−
トルクの特性を、無負荷時のエンジン回転数に対するス
トロークにより移動・補正して、低中回転数でのストロ
ーク−トルクの特性を作成する。図7にその例を示す。

【0034】上記の無負荷時のエンジン回転数とストロ
ークの関係は、ストロークをゆっくり増していきつつ、
そのときのエンジン回転数を読み込むことで容易に得ら
れる。得られた結果はテーブルにする。図8にこのテー
ブルの内容を示す。

【0035】(2)摩擦馬力のティーチングによるテーブ
ル作成 これは減速時の制動力を決定するためのものであり、上
記の(1)と同様に所定のプログラムにしたがって実行す
る。

【0036】所定の車速からアクセルアクチュエータを
アイドリング位置まで戻して、所定のギヤ位置のまま放
置し、そのときの減速度と車速から式の右辺第3項で
We=0とした式を用いて減速馬力PSα[Ps]を計算す
る。この減速馬力PSαには定常走行馬力PSR/L[Ps]
(式の第1項と第2項の和)が含まれるため、次の式 F=PSα−PSR/L … によりこれを差し引いた値をエンジン摩擦馬力F[Ps]
とする。そして、この摩擦馬力Fとエンジン回転数Ne
の関係をテーブルにする。ただし、この場合の減速馬力
PSαは、減速度の符号(−)を正に置き換え、正の値と
して計算する。

【0037】こうして求めた摩擦馬力−回転数のテーブ
ルの内容を図9に示す。なお、エンジン回転がアイドリ
ングまで達するとアイドル走行になり、この場合の馬力
が最小の値となる。この値はエンジン摩擦馬力とは符号
が反対のアイドル走行馬力でもある。式で摩擦馬力F
を計算する場合、右辺の第2項は前述した図5の特性か
ら読み取ることもできる。

【0038】(3)ティーチングにより得られたテーブル
を用いての作動量の指令 一般に各種のモード走行(たとえば10モード走行とか
11モード走行)では、指令車速Vと経過時間の関係が
数値化されているので、そのとおり運転すればよい。

【0039】このため、ここでは与えられた指令車速と
その変化速度である加速度よりその指令車速とその変化
速度で車両が走行するに必要な馬力PSを式を用いて
計算し、得られた必要馬力PSをそのときのエンジン回
転数Neから式によりエンジン出力トルクTに換算す
る。このトルクTから、すでにティーチングで得ている
3種のエンジン回転数ごとのストローク−トルクのテー
ブルを参照して補間計算によりストロークを求め、この
ストロークをアクセルアクチュエータに指令することを
基本とする。モード走行は加速,定常および減速の各走
行からなっており、定常および加速すべき場合はこの基
本どおりアクセルアクチュエータに指令ストロークを与
える。

【0040】このようにしてストロークが指令される
と、シャシダイナモメータの同一条件で大幅な負荷変動
がない限り、通常はアクセルアクチュエータに対して指
令されたストロークに誤差の発生することはない。

【0041】ただし、先にも述べたようにエンジンや駆
動系の温度によって摩擦損失及び伝達効率が変化するた
め、温度変化を伴う自動運転においてはアクセルアクチ
ュエータなど出力制御機構の作動量を補正する必要があ
る。そこで、ここでは図10と図11に示したように、
予め標準状態(20度C)での出力トルクに対する当該
温度での出力比とエンジン潤滑温度との関係を示すテー
ブル、さらに自動変速機付車両の場合にはトルク伝達効
率とトルコン流体温度との関係を示すテーブルを用意し
ておき、それぞれを上記各センサ62,64からの検出
信号に基づいて検索及び補間計算してそのときの温度に
応じた出力比及び伝達効率に基づいて補正を行うように
している。この補正は、例えば図6または図7に示した
ストローク−トルクの関係を示すテーブルにおいて次の
式に基づいて検索時のトルクTを補正することにより行
う。 Tc=T(1/η1)(1/η2) … ただし各記号の意味は次の通りである。

【0042】Tc:補正後の出力トルク η1:エンジン油温に応じた出力トルク比 η2:自動変速機のトルコン流体温度に応じたトルク伝
達効率 なお、ここでは温度条件としてエンジン油温と流体温度
を検出しているが、これに限らずエンジン冷却水温度や
変速機の雰囲気温度などを検出しても同様の補正が可能
であることは言うまでもない。

【0043】ところで、減速すべき場合には、加速時と
は異なりアクセルペダルの操作だけで減速できるとは限
らず、さらにブレーキペダルを踏み込まないと所定の減
速ができないことがある。このため、減速すべき場合に
はアクセルペダルのみの操作で足りるか、あるいはブレ
ーキペダルの操作をも必要とするかを次のようにして判
断しなければならない。

【0044】すなわち、減速しなければならない場合の
必要馬力PSは負の値となり、かつ減速走行では摩擦馬
力Fがエンジンブレーキとして作用するので、この摩擦
馬力F(正の値として計算する)を必要馬力PSに加算し
た結果が正または零となる場合は、エンジンブレーキだ
けで指令車速へと減速できることを意味する。この逆に
結果が負となる場合は、アクセルペダルを戻すだけでは
減速することができず、ブレーキペダルを踏み込んで制
動しなければならない。つまり、アクセルペダルを戻す
だけで減速可能かどうかを判断するために、上記(2)で
ティーチングにより摩擦馬力Fをテーブル化したのであ
る。

【0045】しかも、エンジンブレーキで減速できる領
域ではエンジン出力トルクは負であり、負のトルクをテ
ィーチングにより得るのは煩雑であるため、次の方法を
用いて、この領域でのアクセルアクチュエータへの指令
ストロークを決定する。

【0046】まず、そのときのエンジン回転数Neにお
ける摩擦馬力F[Ps]を、図9を内容とするテーブルか
ら、またそのときのエンジン回転数Neを得る無負荷時
のストロークSN[mm]を、図8を内容とするテーブルか
らそれぞれ補間計算にて求める。

【0047】いま、指令車速とその変化速度である減速
度から計算される必要馬力PS[Ps]が負で、かつその
絶対値(|PS|)が摩擦馬力Fよりも小さい場合には、
F−|PS|に相当する馬力分だけアクセルペダルを戻
さなければならないので、PS=0のときストローク
(このストロークをSNとする)が最大となる。これに対
して、F=|PS|のときはアイドリング状態(ただ
し、アクセルペダルとアクセルアクチュエータ間の遊び
代を含まない)つまり摩擦馬力Fが必要馬力PSとバラ
ンスしている状態であるから、最小のストロークであ
る。

【0048】したがって、この最大と最小のストローク
間を直線近似し、その間にあるF−|PS|に対するス
トロークSX[mm]を補間計算により求めるとするなら
ば、F−|PS|:F=SX:SNより次式にてSXが計算
されることになる。 SX=SN・(F−|PS|)/F … 図12はこの式を図解したものである。図中の点Aが
最大ストローク、点Bが最小ストロークを与える。な
お、アクセルアクチュエータを設置する際に変化するア
クセルペダル〜アクセルアクチュエータ間の遊び代Si
は、全体を通して差し引いて考え、アクセルアクチュエ
ータに指令するときに加算する方式をとっている。この
遊び代Siは、ティーチングによりエンジンをアイドリ
ング状態としてストロークを徐々に増した場合に、エン
ジン回転数が上昇を開始する直前のストロークの値に相
当する。この値は遊び代Siとして記憶しておく。

【0049】図13はあらかじめ定められたモード走行
にしたがって自動運転させる場合の制御動作を示す流れ
図で、パーソナルコンピュータ55のCPUに与えるも
のである。

【0050】S1では、エンジン回転数Neとともに、
フィードバックデータとしての実車速及びエンジンオイ
ル温度等を読み込む。

【0051】S2ではメモリに入っている指令車速のデ
ータを参照して、モード走行に入ってからの経過時間に
応じた指令車速Vを読み込むとともに、この指令車速V
の変化速度(加速度または減速度)αを計算する。この変
化速度αを計算する部分は図1と図2の変化速度計算手
段9の機能を果たす部分である。

【0052】S3とS4は図1の必要馬力演算手段10
の機能を果たす部分である。まずS3では指令車速Vに
対する定常走行馬力を図5を内容とする車速−定常走行
馬力のテーブルを参照して補間計算により求める。

【0053】S4ではこの定常走行馬力と式の第3項
から計算した加速損失馬力との和から必要馬力PSを求
める。

【0054】S5は減速制御のための摩擦馬力を演算す
る部分で、ここではそのときのエンジン回転数Neに対
する摩擦馬力Fを図9を内容とする馬力−回転数のテー
ブルを参照して補間計算により求める。

【0055】S6では摩擦馬力FとS4で得た必要馬力
PSの和PS+Fを計算する。

【0056】S7は減速時にアクセルペダルを戻すだけ
でよいか、あるはブレーキペダルをも操作しなければな
らないかの判定をする部分で、ここではPS+Fの値を
みてPS+F≧0であれば、エンジンブレーキだけで減
速できると判断してS8に進み、この逆にPS+F<0
ならエンジンブレーキだけでは不足でブレーキペダルを
も踏み込んで制動しなけば減速できないと判断してS1
5に進む。

【0057】S8は図1の判定手段11の機能を果たす
部分で、ここでは必要馬力PSの値をみて、PS≧0な
ら加速しなければならないか定常のままでよいと判断し
てS9に進み、この逆にPS<0なら減速しなければな
らないと判断してS12に進む。

【0058】S9は図1のトルク換算手段12の機能を
果たす部分で、ここではそのときの回転数Neから式
を用いて、S4で得た必要馬力PSをエンジン出力トル
クTに換算する。

【0059】S9’は上述したように図10及び図11
を内容とするテーブルを検索し、補間計算により得た出
力比に基づいてS9で得た換算トルクTを補正し、Tc
を得る。

【0060】S10は図1のストローク演算手段13の
機能を果たす部分で、ここでは同じくそのときの回転数
NeとS9’で得たトルクTcから図6(または図7)を内
容とするストローク−トルクのテーブルを参照して補間
計算により、このトルクを発生させるアクセルアクチュ
エータストロークを求める。このテーブルにより図1の
作動量−トルク供給手段6の機能が果たされる。

【0061】S11は図1の作動量指令手段14の機能
を果たす部分で、ここでは指令ストロークをアクセルア
クチュエータに出力する。

【0062】S12〜S14は減速制御に関する流れで
あり、まずS12では無負荷時のエンジン回転数に対す
るストロークSNを、図8を内容とする回転数−ストロ
ークのテーブルを参照して補間計算により求める。

【0063】S13では式を用いて、減速しなければ
ならない場合の指令ストロークSXを直線近似の補間計
算により求める。

【0064】S14ではS13で得た指令ストロークS
Xを次式により、指令車速Vと実車速とのずれΔVで補
正する。 S=SX+KΔV … ただし、式でKは定数である。

【0065】これは、SXに直線近似に基づく若干のず
れを補償するためである。

【0066】一方、S7でPS+F<0の場合は、アク
セルペダルを戻しただけでは、減速できないと判断し
て、S15に進む。

【0067】S15は図2のストローク演算手段30と
ストローク指令手段31の機能を果たす部分である。こ
こではブレーキアクチュエータ(ブレーキペダル用のエ
アシリンダ)に所定のストロークを与えることにより減
速させる。この場合、同時にアクセルペダルを所定量だ
け戻すようにすることもできる。

【0068】ここで、この例の作用を説明する。

【0069】この例では、シャシダイナモメータ上での
試験車両を自動運転させるのに先立って、ティーチング
により実車速,その変化速度およびそのときのエンジン
回転数を用いて、その車速およびその変化速度で車両が
走行するのに必要なエンジン出力トルクとこのトルクを
発生させるアクセルアクチュエータストロークの関係
が、試験車両ごとにテーブルにされてメモリに記憶され
る。

【0070】「自動運転」に入ると、走行モードにより指
定されている指令車速とその変化速度より、加速しなけ
ればならないかまたは定常走行に必要とされるエンジン
出力トルクTが求められ、その温度補正した出力トルク
Tcを発生させるアクセルアクチュエータストロークが
前記ストローク−トルクのテーブルを参照して求められ
る。

【0071】このストロークがアクセルアクチュエータ
に指令され、その指令ストロークに応じてアクセルペダ
ルが踏み増しされると、加速しなければならないとか定
常でよいといった、要求に応じたトルクが発生する。

【0072】この場合の車速制御はテーブルデータに基
づくオープンループ制御であり、実車速に基づくフィー
ドバック制御ではない。このため、試験車両ごとに、制
御ゲインを合わせる作業は不要となる。モード走行の違
いに伴うシャシダイナモメータの条件(慣性相当重量等)
の変更についても、この条件をパーソナルコンピュータ
のキーボード等から入力できるようにしておくことによ
り、各種のモード走行に合わせてシャシダイナモメータ
の条件を打ち込むだけで対応することができる。

【0073】言い替えると、試験車両と各種のモード走
行ごとに試験者が制御ゲインを調整しなければならない
作業を、ティーチングによるテーブル作成作業に置き換
え、このテーブル作成作業をパーソナルコンピュータに
行わせることにより、試験走行を行う際の工数を大幅に
低減したのである。

【0074】なお、始動時の暖機システムが装備されて
いるエンジンでは、暖機中はアクセルペダルが同じアイ
ドリング位置にあっても、回転数が所定値(たとえば1
500rpm)までアップするように出力が増加されるの
で、このシステムの作動中は、暖機後にティーチングに
より得たストローク−トルクのテーブルを用いて指令ス
トロークを求めたのでは、指令車速への追随性が悪くな
る。

【0075】しかしながら、こうした場合でも次のよう
にすれば極めて容易に暖機補正を行うことができる。す
なわち、暖機中のエンジン状態で走行し、そのときの車
速から図5を内容とするテーブルを用いて補間計算によ
り発生馬力PSD[Ps]を求め、この発生馬力PSD
を、始動からの経過時間tとともにテーブルにする。こ
のPSDを時間tの関数としてPSD(t)とおけば、次式
により始動からt秒後の馬力のずれ分PSH[Ps]が計算
される。 PSH=PS−PSD(t) … したがって、エンジンの始動から始まる走行モードの場
合には、このずれ分PSHを図11のS9において必要
馬力PSに加算することで暖機補正を行えば良い。た
だ、式のPSD(t)は走行条件によっても変わるた
め、個々のモードで変化させるほうが実用的ではある。

【0076】一方、走行モードが減速すべき場合におい
ては、エンジンブレーキだけで減速可能か、それだけで
は不足でさらにブレーキペダルにより制動しなければな
らないかが区別され、エンジンブレーキだけでは減速で
きない場合に限って、ブレーキペダルによる制動が行な
われる。これにより無駄なブレーキングを防いで、制動
機構を摩耗させる機会が少なくされる。

【0077】また、エンジンブレーキだけで減速可能で
あるといっても、負の値を有する必要馬力から面倒な計
算をして負のエンジン出力トルクを求めることは応答性
を悪くしたり装置を複雑化してしまうことになるが、こ
の例のように式を用いた近似計算にて減速時の指令ス
トロークが求められると、面倒な計算が不要となり、こ
れにて装置の応答性を良好に保つとともに装置を簡素に
することができる。

【0078】実施例では、モード走行の場合で説明した
が、モード走行以外にも、車載状態での車両の各種動力
性能を比較することなども、これに合わせて指令車速デ
ータを変更することにより容易に行うことができる。

【0079】ところで、上記実施例は出力制御機構の作
動量としてアクセルペダルを駆動するアクセルアクチュ
エータのストローク量を決定するようにした例である
が、出力制御機構の作動量としてはこれに限らず、絞り
弁の開度を適用することもできる。

【0080】図14は絞り弁による出力制御機構の構成
例を示したもので、60はエンジン本体、65は吸気
管、66は吸気管65の途中に設けられた絞り弁、67
は絞り弁をアクセルペダル1に連結しているワイヤー、
68は絞り弁66の開度を検出する開度センサである。
アクセルアクチュエータ2によりアクセルペダル1が踏
み込まれると、その動きがワイヤー67を介して絞り弁
66に伝達され、アクセルペダル1の踏み込み量、つま
りアクセルアクチュエータ2のストロークに応じて絞り
弁66の開度が増大する。このときの絞り弁開度は開度
センサ68を介して制御装置(パーソナルコンピュータ
55)にフィードバックされ、指令値とのずれを補正す
る方向に帰還制御される。なお、このように絞り弁66
とアクセルペダル1とが機械的に連結した構成にあって
は、図15に示したように両者が特定の対応関係をもつ
ことになるので、開度をフィードバックすることなく、
オープンループで絞り弁66の開度を制御するようにし
てもよい。

【0081】一方、この絞り弁開度とエンジンの出力ト
ルクとの関係を付与する手法としては種々のものが考え
られるが、一例としてホストコンピュータから与えたエ
ンジンデータに基づいてパーソナルコンピュータ55に
て算出するものについて説明する。前記ホストコンピュ
ータとはパーソナルコンピュータ55に対して上位に位
置する比較的大型のコンピュータのことであり、その保
有するエンジン性能データをRS232C等の汎用通信
回線を経由してパーソナルコンピュータ55に付与する
ようにする。ホストコンピュータには予めエンジンの機
種毎に単体性能実験から求めた全性能曲線線図(図16
を参照。)に相当する情報を記憶させておき、自動運転
試験に供する車両のエンジンに応じてその都度呼び出し
て利用するのである。

【0082】このようにして呼び出したエンジンデータ
に基づき、パーソナルコンピュータ55では、図16に
示したようにN1〜N3の3種類のエンジン回転数毎に
N10〜N1n、N20〜N2n、N30〜N3nという具合
に0〜nまでの多段階の絞り弁開度(負荷)に対応した
トルクを検索し、これを並べ変えて図17に示したよう
な絞り弁開度−トルクのテーブルを作成する。

【0083】この図17のテーブルは、第1の実施例に
おける図6のストローク−トルクのテーブルに相当す
る。テーブル作成後の自動運転の内容については第1の
実施例と同様である。図18はその制御内容を示した流
れ図であり、必要なトルクを得るための出力制御装置の
作動量としてアクセルアクチュエータのストロークに代
えて絞り弁開度を算出している点で図13と異なる。

【0084】次に、上記各実施例の自動運転装置に適用
することが望ましい安全装置について説明する。

【0085】一般に自動運転装置はエンジン制御系統が
何らかの異常を来したときの安全を図るために、車速、
エンジン回転速度、目標値からの車速偏差等を周期的に
監視し、これらが規定値から外れたときにアクセルを戻
す、クラッチを切る、変速機をニュートラル位置に移動
させる等の制御を実行するようになっており、さらに制
御回路が誤動作した場合に備えて別系統のバックアップ
回路を用意して万全を図るようにしている。

【0086】図19はこのような安全動作機能を備えた
自動運転装置の回路構成概念を示したもので、図中55
は自動運転用のパーソナルコンピュータ、71a,71b
はインターフェイスボード、72はDC電源72a,リ
レー−入出力回路72b,電源リレー72c,警報ブザー
72d,コンパレータ72e,72f,アンプ72g等から
なる電源ボックス、73はサーボユニット及びアクチュ
エータ(エアシリンダ)、50はサーボ駆動制御用のコ
ンピュータ、48はアクチュエータの作動空気を制御す
るサーボ用電磁弁ユニットである。3と5はそれぞれ走
行制御用の車速センサとエンジン回転数センサであり、
これらの信号はコンピュータ55に入力される。78は
シャシダイナモのローラ回転速度を検出するためのタコ
ジェネレータであり、その出力は電源ボックス72内の
アンプ72fに入力される。

【0087】このような構成において、コンピュータ5
5が正常に動作している場合には上述したように周期的
に車速、エンジン回転数、車速目標値からの偏差が規定
値から外れているか否かが監視され、外れている場合に
はアクセルペダルを戻し、クラッチを切り、変速機をニ
ュートラル位置に移動させる等の安全動作を実行すると
ともに、図示しないディスプレイに非常停止のメッセー
ジ等を出力する。

【0088】これに対して、電源電圧の降下や外部から
のノイズの侵入等に原因してコンピュータ55が異常動
作したりプログラム暴走を起こしたりした場合には、上
述したような安全動作は期待できない。

【0089】このような場合には、第2の安全動作とし
て、シャシダイナモメータのローラ回転を検出するタコ
ジェネレータ78からの信号に基づき、コンパレータ7
2eにより設定された所定車速以上の車速となったとき
にこれを検知してリレー72cを駆動し、電源ラインを
遮断する。

【0090】このとき、警報ブザー72dを駆動するコ
ンパレータ72fは設定車速がコンパレータ72eよりも
低く設定されており、従って電源遮断が起こるよりも前
にブザーが作動し、電源遮断に先立ってこれを予告す
る。なお、図示しないがこのような自動運転制御とは独
立した系統による電源遮断制御は、車速だけでなくエン
ジン回転の検出をも併用することにより一層確実性が向
上する。

【0091】ところで、このように車速を検知して電源
を遮断した場合、車両が高速走行状態を続けようとする
ことがあるので必ずしも安全性が確保されない。そこ
で、このような事態に備えて、サーボユニット及びアク
チュエータ73を図20のように構成する。

【0092】これはアクセルペダル1を制御するアクチ
ュエータの例であり、エアシリンダ46の構成としては
図23のものと概ね同様である。ただし、エアシリンダ
46に対して、電磁弁A,A’,B,B’からなる電磁
弁ユニット48の他に、エアシリンダ左室46Cを大気
に開放する通路81とこれを開閉する電磁弁82、エア
シリンダ右室46Bを電磁弁ユニット48とは独立して
空気供給源であるエアタンク83に接続する通路84と
これを開閉する電磁弁85を設け、かつ前記各電磁弁8
2,85を常開型としてある点で異なる。

【0093】正常時には各電磁弁82,85ともに通電
されて各々の通路81,84を閉ざしているので、エア
シリンダ46に対しては電磁弁ユニット48を介して本
来の自動運転制御のための作動空気制御が行われる。こ
れに対して、上述したようにして非常停止による電源遮
断がなされると、電磁弁82,85が共に開放して通路
81,85を開放するので、アクセルペダル1に対して
踏み込み側であるエアシリンダ左室46Cが大気に開放
されると共に、同じく戻し側である右室46Bにはエア
タンク83からの作動空気が供給されるため、ピストン
46Aが左方へと移動し、これによりアクセルペダル1
はアイドル位置へと復帰することになる。従って、電源
遮断に対しても確実にエンジンの暴走を防止することが
可能である。

【0094】なお、アクセルペダルのみならず、クラッ
チペダル及びブレーキペダルに対しても同様の安全装置
を設けることが望ましいことは言うまでもないが、これ
らはアクセルペダルとは異なり、それぞれペダルを踏み
込むことによりエンジン駆動力を遮断し、または制動装
置を作動させるのであるから、図20に示したものとは
エアシリンダ46の作動方向を逆とし、すなわち電源遮
断時には右室46Bを大気に開放するとともに、左室4
6Cにエアタンク83の作動空気を供給するように図
る。

【0095】

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではティー
チングによりエンジン出力トルクとこのトルクを発生さ
せるのに必要なアクセルアクチュエータストロークある
いは絞り弁開度等の出力制御機構の作動量の関係を供給
する一方、指令車速のデータにしたがう自動運転に入る
と、前記作動量−トルクの関係を用いてアクセルアクチ
ュエータあるいは吸気絞り弁等の出力制御機構の作動量
指令値を決定するため、試験走行を行う際の工数が大幅
に低減される。しかも、このときに発生するエンジン出
力トルクは、必要馬力からの換算結果を車両の所定部位
の温度、例えばエンジン油温や流体式自動変速機の流体
温度によって補正した値に基づいて制御するようにした
ので、温度による摩擦損失や機械損失の影響を排除で
き、従って温度条件のいかんにかかわらず精度の高い自
動運転を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明のクレーム対応図

【図2】本発明の第1実施例のエンジン油温センサと自
動変速機の流体温度センサの取付状態を示す概略構成図

【図3】第1実施例のアクセルアクチュエータストロー
クを変化させた場合の車速変化を示す波形図

【図4】第1実施例のアクセルアクチュエータストロー
クを変化させた場合の車速変化を示す他例の波形図

【図5】第1実施例の車速に対する動力吸収馬力のテー
ブル内容を示す特性図

【図6】第1実施例のアクセルアクチュエータストロー
クに対するエンジン出力トルクのテーブル内容を示す特
性図

【図7】第1実施例のアクセルアクチュエータストロー
クに対するエンジン出力トルクのテーブル内容を示す他
例の特性図

【図8】第1実施例の無負荷時エンジン回転数に対する
アクセルアクチュエータストロークのテーブル内容を示
す特性図

【図9】第1実施例のエンジン回転数に対する摩擦馬力
のテーブル内容を示す特性図

【図10】エンジン油温に対する出力トルク比のテーブ
ル内容を示す特性図

【図11】自動変速機のトルコン流体温度に対するトル
ク伝達効率のテーブル内容を示す特性図

【図12】第1実施例の減速すべき場合のアクセルアク
チュエータストロークを求める方法を説明するための特
性図

【図13】第1実施例の制御動作を説明するための流れ

【図14】本発明の第2の実施例の出力制御機構の概略
構成図

【図15】第2実施例のアクセルアクチュエータのスト
ロークに対する絞り弁開度の特性図

【図16】エンジン回転数毎の軸トルクと絞り弁開度の
関係を示したエンジン全性能曲線線図

【図17】第2実施例の絞り弁開度に対するエンジン出
力トクルのテーブル内容を示す特性図

【図18】第2実施例の制御動作を説明するための流れ

【図19】上記各実施例に適用する安全装置を説明する
ための自動運転装置の回路構成概念図

【図20】上記各実施例に適用するエアシリンダ装置の
概略図

【図21】従来例の全体構成図

【図22】従来例の主制御部の流れ図

【図23】従来例のエアシリンダ装置の概略図

【図24】従来例の電磁弁ユニットの詳細図

【符号の説明】

1 アクセルペダル 2 アクセルアクチュエータ 3 車速センサ 4 変化速度計算手段 5 エンジン回転数センサ 6 作動量−トルク供給手段 8 指令車速データ記憶手段 9 変化速度計算手段 10 必要馬力演算手段 11 判定手段 12 トルク換算手段 13 作動量演算手段 14 作動量指令手段 19 温度センサ 21 ブレーキペダル 22 ブレーキアクチュエータ 23 馬力−回転数数表化手段 24 馬力−回転数数表記憶手段 25 摩擦馬力演算手段 26 減速判定手段 27 和計算手段 28 判定手段 29 ストローク演算手段 30 ストローク演算手段 31 ストローク指令手段 42 アクセルペダル 43 ブレーキペダル 46 エアシリンダ 48 電磁弁ユニット 49 電磁弁駆動回路 50 マイクロコンピュータ 55 パーソナルコンピュータ 62 エンジン油温センサ 64 流体温度センサ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アクセルペダルを指令ストロークに応じ
    て駆動するアクセルアクチュエータと、車速を検出する
    センサと、この車速の変化速度を計算する手段と、エン
    ジンの回転数を検出するセンサと、ティーチングにより
    前記車速,その変化速度およびそのときのエンジン回転
    数を用いてエンジンの出力トルクとこのトルクを発生さ
    せる出力制御機構の作動量との関係を供給する手段と、
    指令車速のデータをあらかじめ記憶する手段と、この指
    令車速の変化速度を計算する手段と、これら指令車速お
    よびその変化速度で車両が走行するに必要な馬力を演算
    する手段と、この必要馬力から加減速の必要を判定する
    手段と、この判定結果に基づき前記必要馬力をそのとき
    のエンジン回転数にてエンジン出力トルクに換算する手
    段と、車両の所定部位の温度を検出するセンサと、前記
    換算トルクを発生させる出力制御機構の作動量を前記作
    動量−トルクの関係と前記検出温度とに基づいて演算す
    る手段と、この演算した作動量に応じて前記アクセルア
    クチュエータを駆動指令する手段とを備えることを特徴
    とする車両の自動運転装置。
  2. 【請求項2】 出力制御機構の作動量を演算する手段
    は、検出温度に基づいて補正した換算トルクと作動量−
    トルクの関係とから作動量を演算するように構成したこ
    とを特徴とする請求項1に記載の車両の自動運転装置。
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