JP2751691B2

JP2751691B2 - 車両の自動運転装置

Info

Publication number: JP2751691B2
Application number: JP3275794A
Authority: JP
Inventors: 功村瀬; 亮下薗
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-10-23
Filing date: 1991-10-23
Publication date: 1998-05-18
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: JPH05118963A

Description

【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１４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１５に示した「ティー
チング(自動計測のこと)」、「自動走行」、「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】「自動走行」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
をつき合わせ、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１
６でＡ,Ａ’あるいはＢ,Ｂ’)を選択して開かせる。

【０００８】たとえば、図１６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１７で示すように、５kgf／cm²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４
６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。

【００１１】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
動走行が行なわれる。

【００１２】

【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
う構成であったため、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。

【００１３】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
煩雑でありかつ大変な時間がかかるのである。

【００１４】そこで、自動走行に先立って、ティーチン
グによりアクセルペダル用エアシリンダ(アクセルアク
チュエータ)に指令するストロークとエンジン出力トル
クの関係やエンジン摩擦馬力とエンジン回転数の関係を
数表にしておき、自動走行に入ると、加速時や定常時に
前記ストローク−トルクの数表を用いてアクセルアクチ
ュエータに指令するストローク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を短くすることが
でき、また減速時には上記の前記摩擦馬力−回転数の数
表を用いエンジンブレーキにて減速可能かどうかを判定
させることにより、無用なブレーキングを防止すること
ができる。

【００１５】しかしながら、アクセルペダルのリンク系
に生じる摩擦等によって無負荷時のエンジンとアクセル
アクチュエータストロークの特性に図９で示したヒステ
リシスがあると、モード運転を正確に行わせられない場
合が生じる。

【００１６】図９の例では、破線で示す戻し側の特性を
用いて所定のテーブルを作成しているときに、このテー
ブル値をアクセルペダルを踏み込ませるために使ったの
では、同じ指令ストロークを与えても無負荷時のエンジ
ン回転数が低くなってしまうし、実線で示す踏み込み側
の特性を用いて所定のテーブルを作成しているのに、こ
のテーブル値をアクセルペダルを戻すために使うと、こ
んどは同じ指令ストロークで無負荷時のエンジン回転数
が高くなってしまうからである。

【００１７】そこでこの発明は、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ともに、無用なブレー
キングを防止するほか、アクセルペダルの踏み込み側と
もどし側の両方で無負荷時のエンジン回転数とアクセル
アクチュエータストロークの関係をティーチングし、こ
の２つのデータを使い分けることにより、その関係にヒ
ステリシスのあるときでも、自動運転を正確に行わせる
ことを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、第１図で
示すように、自動変速機を備える車両において、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
前記アクセルアクチュエータストロークの関係を数表に
する手段６と、前記アクセルアクチュエータ２の実スト
ロークを検出するセンサ１５と、アクセルペダル１の踏
み込み側で前記実ストロークと無負荷時の回転数との関
係をティーチングによりサンプリングする手段１６と、
このサンプリングデータにもとづき前記ストローク−ト
ルクの数表の値を移動・補正して自動変速機を備えると
きのストローク−トルクの数表を求める手段１７と、こ
の移動・補正されたストローク−トルクの数表を記憶す
る手段７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
ら加速をすべきかまたは定常でよいかどうかを判定する
手段１１と、この判定結果より加速をすべきかまたは定
常でよいとき前記必要馬力ＰＳをそのときのエンジン回
転数Ｎeでエンジン出力トルクＴに換算する手段１２
と、この判定結果より換算トルクＴを発生させるアクセ
ルアクチュエータストロークを前記移動・補正されたス
トローク−トルクの数表を用いて演算する手段１３と、
このストロークを前記アクセルアクチュエータ２に指令
する手段１４とを備える。

【００１９】第２の発明では、第２図に示すように、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、ブレーキペダル２１を指令ス
トロークに応じて駆動するブレーキアクチュエータ２２
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
の摩擦馬力Ｆとエンジン回転数Ｎeの関係を数表にする
手段２３と、この馬力−回転数の数表を記憶する手段２
４と、そのときのエンジン回転数Ｎeに対する摩擦馬力
Ｆを前記馬力−回転数の数表を用いて演算する手段２５
と、前記アクセルアクチュエータ２の実ストロークを検
出するセンサ１５と、アクセルペダル１の戻し側で前記
実ストロークと無負荷時の回転数との関係をティーチン
グによりサンプリングする手段１９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のに必要な馬力ＰＳを演算する
手段１０と、この必要馬力ＰＳから減速をすべきかどう
かを判定する手段２６と、減速をすべき場合にこの必要
馬力ＰＳと前記摩擦馬力Ｆの和ＰＳ＋Ｆを計算する手段
２７と、この和ＰＳ＋Ｆの値よりエンジンブレーキだけ
で減速できる場合であるかまたはエンジンブレーキだけ
では減速できない場合であるかを判定する手段２８と、
この判定結果よりエンジンブレーキだけで減速できる場
合に前記アクセルアクチュエータ２に対する所定のスト
ロークを前記サンプリングデータにもとづいて演算する
手段２９と、このストロークを前記アクセルアクチュエ
ータ２に指令する手段１４と、エンジンブレーキでは減
速できない場合に前記ブレーキアクチュエータ２２に対
する所定のストロークを演算する手段３０と、このスト
ロークを前記ブレーキアクチュエータ２２に指令する手
段３１とを備える。

【００２０】

【作用】第１の発明では、シャシダイナモメータ上での
試験車両を自動走行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アクセルアクチュエータストロー
クの関係が数表にされ、これが自動変速機を備える車両
に対してはさらにアクセルペダル１の踏み込み側で実ス
トロークと無負荷時の回転数との関係をサンプリングし
たデータにより移動・補正されて記憶される。

【００２１】走行モードなどの指令車速データにしたが
う自動走行に入ると、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
たは定常でよいかが判定される。

【００２２】加速すべきかまたは定常でよい場合は前記
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
のテーブルを用いて演算される。

【００２３】このストロークがアクセルアクチュエータ
２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。

【００２４】また、アクセルペダルの踏み込み側のデー
タで移動・補正して自動変速機を備えるときのストロー
ク−トルクの数表を記憶してあると、ブレーキによる減
速域から定常にいたるモードでアクセルペダルを踏み込
ませる方向への指令ストロークにヒステリシスの影響が
はいってこず、低車速域でも規定の車速へと精度よく落
ち着く。

【００２５】第２の発明では、減速しなければならない
場合において、エンジンブレーキだけで減速可能か、そ
れでは不足でブレーキペダル２１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減速で
きる場合はアクセルペダル１がもどされ、エンジンブレ
ーキだけでは減速できない場合はブレーキペダル２１に
よる制動が行われる。

【００２６】また、アクセルペダル１の戻し側のデータ
に基づいていると、加速から定常へのモードでアクセル
ペダルを戻す方向への指令ストロークについてもヒステ
リシスの影響を除くことができ、加速状態から定常にか
けての車速のオーバーシュートを減少させることができ
る。

【００２７】

【実施例】実施例の機構的な構成はほぼ図１４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１０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。

【００２８】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)の動作を実行する。この場
合、(１)と(２)が自動走行に先立って実行する事項、
(３)が自動走行で実行する事項である。以下この順に説
明する。

【００２９】(１)動力性能のティーチングによるテーブ
ルの作成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。

【００３０】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４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。

【００３１】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 …

【００３２】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]

【００３３】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
力と呼ばれている。

【００３４】一方、シャシダイナモメータ上で車両を走
行させるとき、ころがり抵抗馬力と風損抵抗馬力の合計
が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。

【００３５】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５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６
に示す。

【００３６】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６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。

【００３７】こうして得られた定常走行時または加速走
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を数表(テーブル)にする。

【００３８】図７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たりる。

【００３９】また、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８にその例を示
す。

【００４０】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。このテーブルの
内容を図９の実線で示す。

【００４１】（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。

【００４２】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ＰＳ_G[Ｐs]を計算す
る。この減速馬力ＰＳ_Gには定常走行馬力ＰＳ_R/L[Ｐs]
(式の第１項と第２項の和)が含まれるため、次式Ｆ＝ＰＳ_G−ＰＳ_R/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
ＰＳ_Gは、減速度の符号(−)を正に置き換え、正の値と
して計算する。

【００４３】こうして求めた摩擦馬力−回転数のテーブ
ルの内容を図１０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６の特性
から読み取ることもできる。

【００４４】(３)ティーチングにより得られたテーブル
を用いてのストロークの指令方法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。

【００４５】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。この換算トルク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
各運転モードからなっており、定常および加速のモード
で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。

【００４６】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、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。わずかに発
生するとすれば、補間計算の際(３種のエンジン回転数
に対するテーブル間で補間計算する場合)に発生する誤
差だけである。

【００４７】ところで、減速しなければならないとき
は、加速時と異なりアクセルペダルの操作だけで減速で
きるとはかぎらず、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
しなければならない場合にはアクセルペダルだけの操作
でたりるか、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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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１０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Ｓ_N[mm]を、図９の実線を内容とするテ
ーブルからそれぞれ補間計算で求める。

【００５１】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より小さい場合、Ｆ−|Ｐ
Ｓ|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Ｓ_N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。

【００５２】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Ｓ_X[mm]を補間計算により求めるとすれば、Ｆ−|
ＰＳ|:Ｆ＝Ｓ_X:Ｓ_Nより次式でＳ_Xが計算されることにな
る。Ｓ_X＝Ｓ_N・(Ｆ−|ＰＳ|)／Ｆ…

【００５３】図１１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。

【００５４】図１２はあらかじめ定められた走行モード
にしたがって自動走行させる場合の制御動作を示すルー
チンで、パーソナルコンピュータ５５のＣＰＵに与える
ものである。

【００５５】まずエンジン回転数Ｎe、フィードバック
データとしての実車速のほか、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を読み込み、この指令車速Ｖ
からその変化速度(加速度または減速度)αを計算する
（ステップ１，２）。

【００５６】指令車速ＶからはこのＶに対する定常走行
馬力を図６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、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（ステップ３，４）。また、そのときの
エンジン回転数Ｎeに対する摩擦馬力Ｆを図１０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、この摩擦馬力Ｆと必要馬力ＰＳの和ＰＳ＋Ｆを
計算する（ステップ５，６）。

【００５７】このＰＳ＋ＦとＰＳの値をみてＰＳ＋Ｆ≧
０かつ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、そのときの回転数Ｎeから式を用
いて、必要馬力ＰＳをエンジン出力トルクＴに換算する
（ステップ７〜９）。同じくそのときの回転数Ｎeと換
算トルクＴから図７(または図８)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
換算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、この指令ストロークをアクセルアクチュエ
ータに出力する（ステップ１０，１１）。

【００５８】また、ＰＳ＋Ｆ≧０かつＰＳ＜０ならアク
セルペダルをもどすだけで減速できると判断し、無負荷
時のエンジン回転数に対するストロークＳ_Nを、図９の
実線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、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Ｓ_Xを直線近似の補間
計算により求める（ステップ１２，１３）。なお、指令
ストロークＳ_Xを指令車速Ｖと実車速とのずれΔＶで補
正すると、Ｓ_Xに直線近似に基づく若干のずれを補償す
ることができる（ステップ１４）。

【００５９】いっぽう、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、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（ステップ７，１
５）。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。

【００６０】ここで、この例の作用を説明する。

【００６１】この例では、シャシダイナモメータ上での
試験車両を自動走行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。

【００６２】「自動走行」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、その出力トルクＴ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。

【００６３】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。

【００６４】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
のキーボードで打ち込め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。

【００６５】いいかえると、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。

【００６６】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。

【００６７】しかしながら、こうした場合でも次のよう
にすればきわ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６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)…

【００６８】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１２のステ
ップ９において必要馬力ＰＳに加算することで暖機補正
を行えばよいのである。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。

【００６９】一方、減速の走行モードでは、エンジンブ
レーキだけで減速可能か、それ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かぎっ
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。

【００７０】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
れにより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。

【００７１】ここ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。

【００７２】ところで、アクセルペダルの踏み込む側と
もどす側の一方向だけでストローク−無負荷エンジン回
転数の特性をティーチングするのでは、アクセルペダル
のリンク系に生じる摩擦等により図９のようにヒステリ
シスがあるとき、モード走行を正確に行わせられないこ
とがある。

【００７３】たとえば、図９のように、アクセルペダル
の戻し側のほう（破線）が同じストロークでも踏み込み
側（実線）より無負荷エンジン回転数が高い、つまり大
きなトルクが出るとする。

【００７４】いま１０モードのうち、加速したあと定常
走行にはいるモードを考えると、このモードでは、加速
中に要求されるトルクより定常になって要求されるトル
クのほうが小さいので、加速中に踏み込んだアクセルペ
ダルを戻すことによってトルクを小さくしなけばならな
い。

【００７５】このとき、図９の実線の特性から求められ
る最大ストロークＳ_Nより指令ストロークＳ_Xを定めたの
では、アクセルペダルの戻しかたがたりず、加速状態か
ら定常にかけて車速が規定車速を大きく越える、いわゆ
るオーバーシュートを生じてしまう。図９で示したよう
に、同じ無負荷回転数に対してアクセルペダルの戻し側
のほうがよりストロークを小さくしなければならないか
らである。

【００７６】一方、ブレーキによる減速から定常走行に
いたるモードでは、アクセルペダルを踏み込ませること
によってトルクを大きくしなければならない。

【００７７】このとき、アクセルペダルの戻し側でティ
ーチングし、このティーチングデータより、自動変速機
を備える車両に対して図８のストローク−トルクのテー
ブルを作成してあると、アクセルペダルの踏み込みがた
りなくて規定の車速に達しない。同じ指令ストロークで
も、アクセルペダルの踏み込み側のほうが無負荷回転数
が低い、つまり同じ加速を得るためにはアクセルペダル
の踏み込み側のほうがより指令ストロークを大きくしな
いとトルクがでないのである。この結果、図８でトルク
がゼロ付近での指令ストロークに影響がでて、低速定常
走行などの低トルク域でモード追随精度が大きく落ちて
しまうのである。

【００７８】このように、加速→定常のモードを考える
なら、図９の特性はアクセルペダルの戻し側でティーチ
ングしておかなければならないし、減速→定常のモード
では逆に図９の特性をアクセルペダルの踏み込み側でテ
ィーチングしなければならない。つまり、図９に示した
ヒステリシスがある場合には、アクセルペダルの踏み込
み側と戻し側の両方でティーチングを行い、これで得た
データを別々に整理してテーブルにしておく必要がある
のである。

【００７９】たとえば、図３で示したように、アクセル
アクチュエータ（複動式のエアシリンダ４６）のロッド
４６ｄをアクセルペダル４２とのあいだに所定の距離だ
け離して設置する。なお、６１は電磁弁ユニットと電磁
弁駆動回路とからなる位置制御装置、５０はロッド４６
ｄを任意の位置に制御するマイクロコンピュータ、４７
はロッド４６ｄの現在位置を検出するストロークセンサ
（あるいは回転角センサ）で、これらは図１６のものと
同様である。

【００８０】ティーチングに際しては、まずロッド４６
ｄを伸び出させてアクセルペダル４２を踏み込ませ、エ
ンジン回転数が上昇し始める位置（ストローク）を記憶
する。この位置はアクセルペダル４２とアクチュエータ
ロッド４６ｄの遊び代Ｓiがなくなった位置で、アクセ
ルタッチ点といい、エンジンはアイドル回転数である。

【００８１】このアクセルタッチ点より所定の時間間隔
でさらにアクセルペダル４２を踏み増しさせると（つま
りストロークを大きくしていくと）、図１３のように段
階的にエンジン回転数が上昇していくので、その回転数
に対応させてアクチュエータストロークを記憶させる。
所定のエンジン回転数に達した後、こんどはアクセルタ
ッチ点に戻るまでロッド４６ｄを所定の時間間隔で縮ま
せていき、エンジン回転数に対応させてストロークを記
憶させる。こうして記憶させた２つのデータ群をグラフ
化したのが図９の例で、実線がアクセルペダルの踏み込
み側、破線がアクセルペダルの戻し側である。

【００８２】このうち、アクセルペダルの戻し側のティ
ーチングデータからはそのデータを用いてストローク−
無負荷エンジン回転数のテーブルを作成する。つまり、
加速→定常のモードではアクセルペダルを戻さなければ
ならないのであるから、この操作に必要となるテーブル
をアクセルペダルの戻し側のデータから得るのである。

【００８３】また、アクセルペダルの踏み込み側のティ
ーチングデータを用いて自動変速機を備える車両に対す
るストローク−トルクのテーブルを図８のように作成す
る。アクセルペダルを踏み込む操作に必要となるテーブ
ルはアクセルペダルの踏み込み側のデータを用いて作成
するのである。

【００８４】なお、アクセルペダルを踏み込ませるにつ
いては、もどし側とのトルク差に応じた所定の時間だけ
付加して与えることもできる。ただし、このときは戻し
側のティーチングデータを用いて図８のストローク−ト
ルクのテーブルを作成しておかなければならない。

【００８５】このようにして、ヒステリシスにあわせて
テーブルを作成していると、上記の加速→定常のモード
では、アクセルペダルの戻し側のデータから作成したス
トローク−無負荷エンジン回転数のテーブルを使うこと
で、加速状態から定常にいたるオーバーシュートを減少
させることができる。また、ブレーキによる減速域から
定常にいたるモードでは、アクセルペダルの踏み込み側
のデータから作成したストローク−トルクのテーブルを
使うことで、低車速でも規定の車速へと精度よく落ち着
かせるのである。

【００８６】いいかえると、アクセルペダルの踏み込み
側と戻し側のティーチングデータを使い分けることで、
アクセルペダルのリンク系に生じる摩擦などにより無負
荷時のエンジン回転数とアクセルアクチュエータストロ
ークの特性にヒステリシスがあるときでも、モード走行
を正確に行わせることができ、モード追随精度が向上す
る。

【００８７】

【発明の効果】第１の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アクセルアク
チュエータストロークの関係を数表にし、これを自動変
速機を備える車両に対してはさらにアクセルペダルの踏
み込み側で実ストロークと無負荷時の回転数との関係を
サンプリングしたデータにより移動・補正して記憶して
おき、指令車速のデータにしたがう自動走行に入ると、
加速すべきか定常でよいとき前記移動・補正されたスト
ローク−トルクの数表を用いて指令ストロークを決定す
るため、自動変速機を備える車両に対して試験走行を行
う際の工数が大幅に低減されるとともに、ブレーキによ
る減速域から定常にいたるモードでアクセルペダルを踏
み込ませる方向への指令ストロークからヒステリシスの
影響を除くことができ、低車速域で規定の車速へと精度
よく落ち着かせることができる。

【００８８】第２の発明では、ティーチングによりエン
ジンの摩擦馬力とエンジン回転数の関係を数表にしてお
き、減速すべき場合にこの数表を用いてエンジンブレー
キだけで減速可能かどうかを判定させることにより、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
レーキペダルにより制動するため、不要なブレーキング
を防ぐことができるとともに、アクセルペダルの戻し側
のデータに基づいて換算トルクを発生させるアクセアク
チュエータストロークを演算するため、加速から定常へ
のモードでアクセルペダルを戻す方向への指令ストロー
クからヒステリシスの影響を除いて、加速状態から定常
にかけての車速のオーバーシュートを減少させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明のクレーム対応図である。

【図２】第２の発明のクレーム対応図である。

【図３】一実施例のアクセルアクチュエータまわりの機
構的な構成図である。

【図４】アクセルアクチュエータストロークを増加変化
させた場合の車速変化を示す波形図である。

【図５】アクセルアクチュエータストロークを減少変化
させた場合の車速変化を示す波形図である。

【図６】車速に対する動力吸収馬力のテーブル内容を示
す特性図である。

【図７】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である。

【図８】自動変速機を備えるとき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
内容を示す特性図である。

【図９】無負荷時の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関係にヒステリシスのあると
きの特性図である。

【図１０】エンジン回転数に対する摩擦馬力のテーブル
内容を示す特性図である。

【図１１】減速しなければならない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
性図である。

【図１２】制御動作を説明するための流れ図である。

【図１３】アクセルアクチュエータストロークを徐々に
大きくした後小さくしたときの無負荷時のエンジン回転
数の変化を示す波形図である。

【図１４】従来例の全体構成図である。

【図１５】従来例の主制御部の流れ図である。

【図１６】従来例のエアシリンダの位置制御を説明する
ための模式図である。

【図１７】従来例の電磁弁ユニットの詳細図である。

【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ストローク−トルク数表化手段７ストローク−トルク数表記憶手段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加速・定常判定手段１２トルク換算手段１３ストローク演算手段１４ストローク指令手段１５ストロークセンサ１６データサンプリング手段１７移動・補正手段１９データサンプリング手段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６１位置制御装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】自動変速機を備える車両において、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前記アクセ
ルアクチュエータストロークの関係を数表にする手段
と、前記アクセルアクチュエータの実ストロークを検出
するセンサと、アクセルペダルの踏み込み側で前記実ス
トロークと無負荷時の回転数との関係をティーチングに
よりサンプリングする手段と、このサンプリングデータ
にもとづき前記ストローク−トルクの数表の値を移動・
補正して自動変速機を備えるときのストローク−トルク
の数表を求める手段と、この移動・補正されたストロー
ク−トルクの数表を記憶する手段と、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
必要馬力から加速をすべきかまたは定常でよいかどうか
を判定する手段と、この判定結果より加速をすべきかま
たは定常でよいとき前記必要馬力をそのときのエンジン
回転数でエンジン出力トルクに換算する手段と、この判
定結果より換算トルクを発生させるアクセルアクチュエ
ータストロークを前記移動・補正されたストローク−ト
ルクの数表を用いて演算する手段と、このストロークを
前記アクセルアクチュエータに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。
【請求項２】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、ブレーキペダル
を指令ストロークに応じて駆動するブレーキアクチュエ
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摩擦馬力
とエンジン回転数の関係を数表にする手段と、この馬力
−回転数の数表を記憶する手段と、そのときのエンジン
回転数に対する摩擦馬力を前記馬力−回転数の数表を用
いて演算する手段と、前記アクセルアクチュエータの実
ストロークを検出するセンサと、アクセルペダルの戻し
側で前記実ストロークと無負荷時の回転数との関係をテ
ィーチングによりサンプリングする手段と、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のに必要な馬力を演算する手段
と、この必要馬力から減速をすべきかどうかを判定する
手段と、減速をすべき場合にこの必要馬力と前記摩擦馬
力の和を計算する手段と、この和の値よりエンジンブレ
ーキだけで減速できる場合であるかまたはエンジンブレ
ーキだけでは減速できない場合であるかを判定する手段
と、この判定結果よりエンジンブレーキだけで減速でき
る場合に前記アクセルアクチュエータに対する所定のス
トロークを前記サンプリングデータにもとづいて演算す
る手段と、このストロークを前記アクセルアクチュエー
タに指令する手段と、エンジンブレーキでは減速できな
い場合に前記ブレーキアクチュエータに対する所定のス
トロークを演算する手段と、このストロークを前記ブレ
ーキアクチュエータに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。