JP3685343B2 - Self-driving car - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、スロットル開度と制動力をそれぞれ制御することにより走行中の速度制御を行う自動走行車に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ゴルフ場内においてゴルフバッグ等の荷物や人を搬送するゴルフカートとして使用される自動走行車が各種開発されている。この種の自動走行車としては、例えば特開平5−73144号公報に開示されたものが知られている。この公報に開示された自動走行車においては、スロットル開度を制御するとともにスタータダイナモによる回生制動の制動力を制御することにより走行中の速度制御を行うようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に開示された自動走行車においては、スロットル開度と回生制動の制動力をそれぞれ独立に制御しているため、回生制動を効かせながらスロットルをある程度開いた状態で加速と制動とがつり合い、車速が目標車速に一致している場合がある。このような場合には、加速と制動が同時に継続して行われるため、燃料が無駄に消費される一方、ブレーキシューも無駄に磨耗してしまう。
【0004】
この発明は、このような背景の下になされたもので、加速と制動が同時に継続して行われることによる燃料の浪費やブレーキシューの磨耗を防止することができる自動走行車を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の記載の発明は、車速検出値と目標車速との差に基づいてスロットル開度と制動力とをそれぞれ独立に制御して車速制御を行う自動走行車において、車速検出値と目標車速との車速差を検出する検出手段と、前記車速差が予め定められた正の値よりも大きい期間は、前記車速差に応じた必要制動力を与える一方、前記車速差が前記予め定められた正の値以下であって、かつ、前記現在のスロットル開度が予め定められた値よりも大きい期間は、前記必要制動力を徐々に減少させた制動力を与える制動力制御手段とを具備することを特徴としている。
【0007】
【作用】
この発明によれば、検出手段が、加速と制動を同時に行って車速検出値が目標車速に略一致しているつり合い状態を検出し、制動力減少手段が、検出手段によってつり合い状態が検出されたとき、制動力を所定量ずつ徐々に減少させる。
【0009】
【実施例】
以下、図面を参照して、この発明の実施例について説明する。
(1)実施例の構成
▲1▼自動走行車の構成
図1はこの発明の一実施例による自動走行車の構成を示すブロック図である。この図に示す自動走行車は、例えばゴルフ場で使用されるゴルフカートとして用いられるものであり、通常の自動車と同様、エンジン1を搭載し、このエンジン1からVベルト式自動変速機1aを介し供給される駆動力を駆動輪である後輪2a,2bに伝達するためのトランスミッション3、前輪2c,2dを操舵するためのハンドル4、車速を変えるべくスロットル開度を調節するためのアクセルペダル5とガバナ6、車両に制動をかけるためのブレーキペダル7とドラムブレーキ8a〜8d等のメカブレーキ機構を有している。
【0010】
また、この自動走行車は、通常のマニュアル操作による走行(以下、マニュアル走行という)の他、自動走行が可能であり、この自動走行のための制御を行うコントローラ9、ステアリングドライバ10、ステアリングモータ11、スロットルモータ12、ブレーキモータドライバ13、ブレーキモータ14、電磁ブレーキ15、その他誘導線センサ16、定点センサ17等のセンサ群や、マニュアル走行と自動走行を切り替えるためのステアリングクラッチ18、スロットルクラッチ19等の各種切替機構20,21を有している。
【0011】
ステアリングドライバ10は、自動走行時にコントローラ9から出力される操舵指示信号に対応した駆動電流をステアリングモータ11に供給し、ステアリング軸22を回動するようになっている。このとき、ハンドル4は、ステアリングクラッチ18によってステアリング軸22から切り離され、マニュアル操作が不能とされる。
【0012】
スロットルモータ12は、自動走行時にコントローラ9から出力される開度指示信号に応じて駆動され、スロットルクラッチ19は、同様にコントローラ9から出力されるオン指示信号に応じて連結状態とされる。このとき、切替装置21は、エンジン1の駆動系をガバナ6側からスロットルモータ12側に切り替えるようになっている。これにより自動走行時には、アクセルペダル5の操作量でなくスロットルモータ12の駆動量に応じてスロットル開度が調整される。
【0013】
ブレーキモータドライバ13は、自動走行時にコントローラ9から出力される制動力指令値に対応した駆動電流をブレーキモータ14に供給する。これにより、ブレーキモータ14は、ギア23および切替機構20を介し、四輪2a〜2dの各々に設けられたドラムブレーキ8a〜8dを駆動し、車両に制動をかけるようになっている。また、ブレーキペダル7は、自動走行時においても切替機構20を介してドラムブレーキ8a〜8dに接続された状態とされており、マニュアル操作による制動が可能となっている。
【0014】
電磁ブレーキ15は、コントローラ9によってオン/オフ制御される駐車用のブレーキ装置であって、図示のように、エンジン1の回転をトランスミッション3に伝達する回動軸24にスプライン嵌合されたディスク15aと、回動軸24と非接触で、かつディスク15aに対向するようトランスミッション3の外壁等に固定された固定盤15bとで構成されている。ディスク15aは、回動軸24にスプライン嵌合されていることから、回動軸24と一体となって回転する一方、回動軸24の軸方向に移動可能となっている。また、固定盤15bは、ディスク15aを吸引する磁界を発生する永久磁石と、この永久磁石の磁界を打ち消すようコントローラ9によって励磁される電磁石とで構成されている。
【0015】
すなわち、この電磁ブレーキ15は、走行中において電磁石に対する励磁がオンとされ、この磁界によって永久磁石の磁界が打ち消されることによりディスク15aに対する吸引力が無くなり、結果的に回動軸24に対し制動が効かなくなるようになっている。一方、停止直前に電磁石に対する励磁がオフとされると、ディスク15aが永久磁石の磁力によって固定盤15bに吸着され、回動軸24に対し制動がかかるようになっている。
【0016】
誘導線センサ16は、車両の前端部に水平方向に回動自在に取り付けられたT字状アーム25に、地面と対向するよう3カ所に配置されている。この誘導線センサ16は、ゴルフ場のコースなどに埋設された図示しない誘導線を磁気的に検出し、この誘導線との距離に応じた検出信号をコントローラ9へ出力する。コントローラ9は、この誘導線センサ16の出力に基づき、車両がコースから逸脱しないよう走行制御する。
【0017】
定点センサ17は、地面と対向するよう車両の所定位置に取り付けられており、ゴルフ場のコースなどに所定間隔をおいて埋設された図示しない複数の永久磁石から成る定点を磁気的に検出する。例えば、この定点が3つの永久磁石の磁極によって構成され、その並びがS極、N極、N極であるとすると、定点センサ17は、この磁極の並びのパターンに対応した検出信号をコントローラ9へ出力する。この磁極の並びのパターンは、コントローラ9において車両の停止、発進、速度等の走行制御を行うための指示信号として用いられる。
【0018】
また、操作盤26は、運転席の近傍に設けられており、メインスイッチの他、マニュアル走行と自動走行の切替を指示するマニュアル/オート切替スイッチ、発進と停止を指示する発進/停止スイッチなどの各種スイッチおよび警告表示等を行う表示部によって構成されている。この操作盤26のマニュアル/オート切替スイッチにて自動走行が選択されると、コントローラ9は、車両の走行モードをマニュアル走行から自動走行に切り替え、後述する自動走行のための制御を行う。
【0019】
その他、車両の走行状態を検出するセンサ群として、トランスミッション3には車速を検出する車速センサ30、エンジン1にはスロットル開度を検出するスロットルポテンショメータ31、ステアリングドライバ10とブレーキモータドライバ13には各々の温度を検出するサーミスタ32,33、ブレーキモータドライバ13にはさらにブレーキモータ14への供給電流量を検出する電流センサ34、ギア23にはメカブレーキ機構の異常等によりブレーキモータ14の回転数が一定の限界値を越えたか否かを検出するブレーキリミットスイッチ35とメカブレーキ機構が解除される位置に達したか否かを検出するブレーキ解除位置検出スイッチ36がそれぞれ設けられている。
【0020】
▲2▼コントローラ9の構成
次に、コントローラ9の構成について説明する。コントローラ9は、CPU(中央処理装置)、メモリ等のハードウェアによって構成されているが、そのソフトウェア構成は、図2に示すように、目標車速設定部91、駆動力計算部92、スロットル駆動計算部93、制動力計算部94、制動状態切替判断部95、電流指令値計算部96、励磁電圧計算部97、異常判定/異常処理部98、各種センサ出力やスイッチ出力を取り込む入力インタフェース99a〜99h、および各種指令値等の制御信号を外部へ出力する出力インタフェース99i〜99mから成っている。
【0021】
目標車速設定部91は、操作盤26において発進が指示されると、定点センサ17から供給される指示信号に応じてメモリから読み出した速度指示情報に基づき、目標車速の設定値を出力する。
駆動力計算部92は、上記目標車速の設定値とトランスミッション3に設置された車速センサ30から出力される現在の車速検出値との差に基づき、車両に与えるべき必要駆動力を算出する。
【0022】
スロットル駆動計算部93は、走行モードに応じてスロットルクラッチ19のオン/オフ指示信号を出力するとともに、上記必要駆動力の算出結果とスロットルポテンショメータ31によるスロットル開度の検出結果に基づき、スロットルモータ12の駆動量に対応したスロットル駆動パルスを出力する。
【0023】
制動力計算部94は、目標車速の設定値と現在の車速検出値との差および電流センサ34によって検出されるブレーキモータ14への供給電流量に基づき、必要制動力を算出する。
【0024】
制動状態切替判断部95は、目標車速の設定値と現在の車速検出値との差およびスロットル開度の検出結果に基づき、適切な制動状態であるか否かを判断し、その判断結果を制動力計算部94へ出力する。すなわち、車速が目標車速にほぼ一致しているにもかかわらずスロットルがある程度まで開いて加速の状態になっているとすると、加速と制動を同時に行うことによってつり合いを保っていることになる。このつり合い状態を放置しておくと、燃料の浪費やブレーキシューの磨耗を招くことになる。ここでは、このような不適切な制動状態(すなわち、上記つり合い状態)から脱却すべく判断を行っている。
【0025】
制動力計算部94は、上記判断結果が適切な制動状態であれば、上記算出した必要制動力をそのまま電流指令値計算部96へ出力する。一方、上記判断結果が不適切な制動状態であれば、必要制動力を所定の値(例えば「0」)になるまで徐々に低下させつつ電流指令値計算部96へ出力する。
【0026】
また、制動力計算部94は、車両に制動をかけない場合にブレーキ解除位置検出スイッチ36のオン/オフの状態に基づきブレーキ機構がブレーキ解除位置にあるか否かを検出する。ブレーキ機構がブレーキ解除位置にない場合には、ドラムブレーキ8a〜8dを完全に解除すべくブレーキモータ14を逆方向に回転させるための一定値を出力する。
【0027】
電流指令値計算部96は、制動力計算部94によって算出される必要制動力の値に基づき、ブレーキモータドライバ13に与えるべき制動力指令値を出力する。
励磁電圧計算部97は、電磁ブレーキ15に対しオン/オフを指示する2値信号を出力する。
【0028】
異常判定/異常処理部98は、ステアリングドライバ10とブレーキモータドライバ13のそれぞれに設けられたサーミスタ32,33の温度検出値、ブレーキリミットスイッチ35の出力、現在の車速検出値および必要制動力の算出結果に基づき、異常判定を行う。そして、異常であると判定した場合には、車両の停止処理指示を出す。電流指令値計算部96、励磁電圧計算部97およびスロットル駆動計算部93は、上記停止処理指示を受け、車両を停止させるための値を出力する。
【0029】
(2)実施例の動作
次に、図3に示すフローチャートを参照し、本実施例による自動走行時の動作について説明する。
【0030】
▲1▼通常の制動制御動作
まず、前述のつり合い状態から脱却するための制動制御を除く通常の制動制御動作を説明する。図3において、まずコントローラ9は、車両が駐車中であるか否かを判断し(ステップSa1)、この判断結果が「No」となった後、ステップSa2に処理を進める。
【0031】
ステップSa2では、現在のスロットル開度が加速の状態(すなわち、自動変速装置のクラッチが切れない程度の開度であるアイドル開度+αより大きい開度)で、かつ、車速が目標車速にほぼ等しい状態(目標車速+オフセット値ΔV0(例えば0.5km/h)の範囲内)になっているか否かを判断する。すなわち、ここでは加速と制動を同時に行っている前述のつり合い状態であるか否かを検出している。
【0032】
この場合、通常の制動制御であるので、上記ステップSa2の判断結果が「No」となり、ステップSa3に進む。ステップSa3では、現在の車速検出値と目標車速との差Δvに基づきPIDによる制動制御を行うべく、以下のように必要制動力Fを算出する。
【0033】
すなわち、必要制動力Fは、車速差Δvの関数F=f(Δv)として与えられ、前回の制御サイクルにおける必要制動力F(n−1)と今回の制御サイクルにおける必要制動力F(n)との差をΔFとおくと、ΔFは下式(1)によって与えられる。
ΔF= Kp×(Δv(n)−Δv(n−1))+Ki×Δv(n)+Kd×(Δv(n)−2Δv(n−1)+Δv(n−2))……(1)
ただし、Δv(n)は今回の制御サイクルにおける車速差、
Δv(n−1)は前回の制御サイクルにおける車速差、
Δv(n−2)は前々回の制御サイクルにおける車速差、
Kp,Ki,Kdは所定の定数である。
【0034】
必要制動力Fが算出されると、次にステップSa4(図3参照)へ進む。ステップSa4では、必要制動力Fの算出結果が負の値であるか否かを判断する。ここで、算出した必要制動力Fが正の値であれば、この判断結果が「No」となり、ステップSa5に進む。
【0035】
ステップSa5では、エンジン回転数、変速比(エンジン回転数と車速との比)および現在与えている制動力の大きさに基づき、車両の走行負荷Lの大きさを判定する。
ここで、走行負荷Lとは、車両の走行を妨げようとする抵抗を意味し、下り坂を走行するときや車重が軽いときには小となる一方、上り坂を走行するときや車重が重いときには大となる。
【0036】
このステップSa5では、エンジン回転数と変速比が共に所定のしきい値を越えた場合に高負荷と判定し、現在与えている制動力が所定のしきい値を越え、かつ変速比が所定のしきい値を下回った場合に低負荷と判定し、上記以外の場合に中負荷と判定する。
【0037】
次に、ステップSa6に進むと、ブレーキモータ14の回転方向を制動方向に設定する。なお、ブレーキモータ14を逆方向に回転すると制動が解除されるが、この点については後述する。
そして、ステップSa7に進むと、前述のステップSa3における必要制動力Fの算出結果に基づき、ブレーキモータドライバ13への制動力指令値Gを算出する。
【0038】
この制動力指令値Gは、上記必要制動力Fに所定の係数kをかけて与えられる。ただし後述する理由から、車両の加速度が正の場合、制動力指令値Gは必要制動力Fと車両の走行負荷Lの関数G=g(F,L)として与えられる。下式(2)〜(4)は、それぞれ走行負荷Lの大きさに対応した制動力指令値Gの計算式である。
G=k×F+C1(Lが低負荷の場合) ……………………………………(2)
G=k×F+C2(Lが中負荷の場合) ……………………………………(3)
G=k×F+C3(Lが高負荷の場合) ……………………………………(4)
ただし、kは所定の係数、
C1,C2,C3は異なる定数、
かつ、0<C1<C2<C3が成立する。
【0039】
車両の加速度が正の場合に、走行負荷Lの大きさに応じて定数C1,C2,C3(C1<C2<C3)を制動力指令値Gに加えるのは、以下の理由に基づくものである。すなわち、ブレーキモータ14は、非制動状態から制動を開始する場合、モータ自体の特性やドラムブレーキ8a〜8dへの動力伝達系路の摩擦抵抗のため、最初の通電時に大電流を供給する必要があるからである。
【0040】
つまり、低負荷の場合(例えば下り時)は、既にモータに通電して制動中であるから、C1を大きくする必要はないが、高負荷の場合(例えば上り時)は、走行加速度が正になる前は非制動状態(すなわち、モータへの通電がない状態)であるから、通電を開始する場合はC3を大きくする必要がある。
【0041】
さて、ステップSa8に進むと、上記ステップSa7で算出した制動力指令値Gをブレーキモータドライバ13へ供給し、ブレーキモータ14を駆動する。これにより、制動力指令値Gに対応した制動力によって車両に制動がかかる。
【0042】
▲2▼つり合い状態から脱却するための制動制御動作
次に、前述のつり合い状態から脱却するための制動制御動作を説明する。この場合、車速が目標車速にほぼ一致した状態で、加速と制動を同時に行っている状態であるから、前述のステップSa2の判断結果が「Yes」となり、ステップSa9に進む。ステップSa9では、このつり合い状態から脱却すべく、現在の必要制動力Fを一定値cずつ減少させる。すなわち、このステップSa9が繰り返し実行されることにより必要制動力Fが徐々に減少する。これに伴い、スロットル開度も車速が目標車速に一致するよう徐々に低下される。上記のように必要制動力Fを算出した後は、通常の制動制御の場合と同様、前述のステップSa4〜Sa8を実行し、ブレーキモータ14を駆動し制動をかける。
【0043】
ここで、車両が平坦路から下り坂へ進入する場合や上り坂から平坦路へ進入する場合に上記つり合い状態に陥り易いことから、これらの場合を具体例としてつり合い状態から脱却するための動作を説明する。
【0044】
図4は車両が平坦路から下り坂へ進入する場合の車速差(車速−目標車速)、スロットル開度および必要制動力の変化を示している。この図において、まず車両が平坦路から下り坂へ進入し始めると、車両の走行負荷が減少することから車速差は増大する(図示P1)。この車速差の増大に応じて、スロットル開度の指令値が減少されるとともに(図示P2)、上式(1)により算出される必要制動力Fが増大される(図示P3)。そして、車速差が減少し始めると(図示P4)、それに応じて必要制動力Fが減少され始める(図示P5)。このときの制動制御は上式(1)に基づくものである。
【0045】
こうして車速差がさらに減少し、車速差がオフセット値ΔV0の範囲内になると(図示P6)、このときのスロットル開度がアイドル開度+αより大きいことから(図示P7)、前述のつり合い状態になったものとみなし、以後、必要制動力Fを一定値cずつ減少させる(図示P8)。これに伴い、スロットル開度も徐々に減少される(図示P9)。
【0046】
そして、スロットル開度が必要制動力Fの減少に伴って減少し、上記アイドル開度+αを下回ると(図示P10)、上記必要制動力Fを一定値cずつ減少させる制御を停止し、再び上式(1)に基づく制動制御を開始する(図示P11)。この場合、車両は下り坂を走行しているため、必要制動力Fは「0」にならず、ある程度の値を保持する。
【0047】
また、図5は車両が上り坂から平坦路へ進入する場合の車速差、スロットル開度および必要制動力の変化を示している。この場合も、車両が上り坂から平坦路へ進入することにより走行負荷が減少するため、車速差は増大する(図示P1′)。これ応じて、図4の場合と同様、スロットル開度が減少され(図示P2′)、必要制動力Fは増大される(図示P3′)。そして、車速差が減少し始めると(図示P4′)、必要制動力Fが減少される(図示P5′)。このときの制動制御は上式(1)に基づくものである。
【0048】
そして車速差がオフセット値ΔV0の範囲内になると(図示P6′)、このときのスロットル開度がアイドル開度+αより大きいことから(図示P7′)、図4の場合と同様、前述のつり合い状態になったものとみなし、以後、必要制動力Fを一定値cずつ減少させる(図示P8′)。これに伴い、スロットル開度も徐々に減少される(図示P9′)。
【0049】
以後は、車両が平坦路を走行することから、スロットル開度はアイドル開度+αより大きい値に保たれるため(図示P10′)、必要制動力Fは一定値cずつ減少され続け、遂には負の値になるので、値「0」に設定される(図示図示P11′)。
【0050】
▲3▼制動力が不要であるときの動作
制動力が不要であるときとは、車両が駐車中である場合(すなわち、電磁ブレーキ15による駐車)と、制動をかけないで走行を行う場合の2つのケースがある。
まず、車両が駐車中である場合、前述のステップSa1(図3参照)の判断結果が「Yes」となり、ステップSa10に進む。ステップSa10では、駐車中においては電磁ブレーキ15によって駐車用制動力がかけられているので、ブレーキモータ14を駆動する必要が無いことから、必要制動力Fを「0」とする。そして、後述するステップSa12に進む。
【0051】
一方、制動をかけないで走行を行う場合、前述のステップSa3,Sa9における必要制動力Fの算出結果が「0」より小さくなる。したがって、前述のステップSa4の判断結果が「Yes」となり、ステップSa11に進む。ステップSa11では、負の制動力は存在しないことから、必要制動力Fを「0」とし、次のステップSa12に進む。
【0052】
ステップSa12では、ブレーキ解除位置検出スイッチ36がオンとなっているか否かを判断する。すなわち、ドラムブレーキ8a〜8dを駆動するブレーキ機構には図示しないリターンスプリングが設けられており、ブレーキモータ14の非制動時には自動的に戻るよう構成されているが、各部の摩擦抵抗によって完全にブレーキ解除位置に戻らない場合がある。このため、ブレーキ機構がブレーキ解除位置に戻ったときにオンとなるブレーキ解除位置検出スイッチ36をギア23等の所定箇所に設けておき、ここではそのオン/オフの状態を検出している。
【0053】
ここで、ブレーキ機構がブレーキ解除位置に戻っていない場合には、上記ステップSa12の判断結果が「No」となり、ステップSa13に進む。ステップSa13では、ブレーキ機構をブレーキ解除位置に戻すべく、ブレーキモータ14の回転方向を制動方向と逆方向に設定する。そして、ステップSa14では、制動力指令値Gをブレーキ解除に必要な大きさ(一定値)に設定し、ブレーキモータ14を逆方向に駆動する。これにより、ブレーキ機構がブレーキ解除位置まで確実に戻される。
【0054】
一方、ブレーキ機構が既にブレーキ解除位置に戻っている場合には、上記ステップSa12の判断結果が「Yes」となり、ステップSa15に進む。ステップSa15では、ブレーキモータ14を逆方向に駆動する必要がないことから、制動力指令値Gを「0」とする。この結果、ブレーキモータ14は駆動されない。
【0055】
(3)まとめ
このように、車速を目標車速に一致させるべく車速検出値をフィードバックしてスロットル開度と制動力をそれぞれ制御する場合には、加速と制動を同時に行っている状態で車速が目標車速に一致しているつり合い状態になることがあるが、本実施例では、このようなつり合い状態を検出し、該状態から脱却すべく、それまでの車速差(車速検出値−目標車速)に基づく制動制御を中止し、現在与えている制動力を徐々に減少させる。これに伴い、スロットル開度も車速が目標車速に一致するよう徐々に減少され、上記つり合い状態から脱却可能となる。
【0056】
(4)変更例
なお、既述した実施例では、走行負荷Lをエンジン回転数や変速比によって検出するようにしているが、このような検出方法に限らず、例えば傾斜角センサ(図示略)を用いて検出するようにしてもよい。この場合、例えば傾斜角が+12゜(上り)のとき高負荷と判定し、−12゜(下り)のとき低負荷と判定することが可能である。実施例において、走行負荷Lをエンジン回転数や変速比によって検出するようにしたのは、走行負荷Lが坂を上り下りする場合にのみ変化するのではなく、車重やエンジン性能などその他の要因により変化する場合もあるからである。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、車速が目標車速に一致しているにもかかわらず不必要に加速と制動が同時に継続して行われるつり合い状態から脱却することができるので、燃料の浪費やブレーキシューの磨耗を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の自動走行車の構成を示すブロック図である。
【図2】同自動走行車のコントローラのソフトウェア構成を示すブロック図である。
【図3】実施例の動作を説明するためのフローチャートである。
【図4】車両が平坦路から下り坂に進入するときの実施例の動作を説明するためのグラフである。
【図5】車両が上り坂から平坦路に進入するときの実施例の動作を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
9…コントローラ(検出手段、制動力減少手段)、
10…ステアリングドライバ、
11…ステアリングモータ、
12…スロットルモータ、
13…ブレーキモータドライバ、
14…ブレーキモータ、
15…電磁ブレーキ、
30…車速センサ(検出手段)、
31…スロットルポテンショメータ(検出手段)、
36…ブレーキ解除位置検出スイッチ
91…目標車速設定部、
92…駆動力計算部、
93…スロットル駆動計算部、
94…制動力計算部、
95…制動状態切替判断部、
96…電流指令値計算部、
97…励磁電圧計算部、
98…異常判定/異常処理部、
99a〜99m…インタフェース。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an automatic traveling vehicle that performs speed control during traveling by controlling a throttle opening and a braking force, respectively.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Various types of automatic traveling vehicles have been developed that are used as golf carts for carrying luggage and people such as golf bags in golf courses. As this type of automatic traveling vehicle, for example, one disclosed in JP-A-5-73144 is known. In the automatic traveling vehicle disclosed in this publication, speed control during traveling is performed by controlling the throttle opening and controlling the braking force of regenerative braking by the starter dynamo.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the automatic traveling vehicle disclosed in the above publication, since the throttle opening and the braking force of regenerative braking are controlled independently, acceleration and braking are performed with the throttle opened to some extent while applying regenerative braking. The vehicle speed may match the target vehicle speed. In such a case, since acceleration and braking are continuously performed at the same time, fuel is wasted and the brake shoe is also worn unnecessarily.
[0004]
The present invention has been made under such a background, and provides an automatic traveling vehicle that can prevent waste of fuel and wear of brake shoes due to continuous acceleration and braking. It is aimed.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, in an automatic traveling vehicle that performs vehicle speed control by independently controlling the throttle opening and the braking force based on the difference between the vehicle speed detection value and the target vehicle speed, the vehicle speed detection value and the target vehicle speed are controlled. Detecting means for detecting a vehicle speed difference between the vehicle speed difference and the vehicle speed difference during a period when the vehicle speed difference is greater than a predetermined positive value. Required braking force according to While the vehicle speed difference is Less than the predetermined positive value And a braking force control means for providing a braking force obtained by gradually reducing the necessary braking force during a period in which the current throttle opening is larger than a predetermined value. Yes.
[0007]
[Action]
According to this invention, the detecting means detects the balanced state in which the vehicle speed detection value substantially matches the target vehicle speed by performing acceleration and braking simultaneously, and the braking force reducing means detects the balanced state by the detecting means. At this time, the braking force is gradually decreased by a predetermined amount.
[0009]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1) Configuration of the embodiment
(1) Configuration of autonomous vehicle
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an autonomous vehicle according to one embodiment of the present invention. The automatic traveling vehicle shown in this figure is used as, for example, a golf cart used in a golf course, and is equipped with an
[0010]
Further, the automatic traveling vehicle is capable of automatic traveling as well as traveling by normal manual operation (hereinafter referred to as manual traveling), and a controller 9, a steering driver 10, and a steering motor 11 that perform control for the automatic traveling. , A
[0011]
The steering driver 10 supplies a drive current corresponding to the steering instruction signal output from the controller 9 during automatic traveling to the steering motor 11 to rotate the
[0012]
The
[0013]
The brake motor driver 13 supplies a drive current corresponding to a braking force command value output from the controller 9 during automatic traveling to the brake motor 14. Thus, the brake motor 14 drives the drum brakes 8a to 8d provided on the four wheels 2a to 2d via the
[0014]
The electromagnetic brake 15 is a parking brake device that is on / off controlled by the controller 9. As shown in the figure, the electromagnetic brake 15 is a disc 15 a that is spline-fitted to a rotating
[0015]
In other words, the electromagnetic brake 15 is energized with respect to the electromagnet during running, and the magnetic field of the permanent magnet is canceled by this magnetic field, so that there is no attracting force to the disk 15a. As a result, the rotating
[0016]
The
[0017]
The fixed
[0018]
The
[0019]
In addition, as a sensor group for detecting the running state of the vehicle, the
[0020]
(2) Configuration of controller 9
Next, the configuration of the controller 9 will be described. The controller 9 is configured by hardware such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory. As shown in FIG. 2, the software configuration includes a target vehicle
[0021]
When a start is instructed on the
The driving
[0022]
The throttle
[0023]
The braking
[0024]
Based on the difference between the set value of the target vehicle speed and the current vehicle speed detection value and the detection result of the throttle opening, the braking state
[0025]
If the determination result is an appropriate braking state, the braking
[0026]
In addition, the braking
[0027]
The current command value calculation unit 96 outputs a braking force command value to be given to the brake motor driver 13 based on the necessary braking force value calculated by the braking
The excitation voltage calculator 97 outputs a binary signal that instructs the electromagnetic brake 15 to turn on / off.
[0028]
The abnormality determination /
[0029]
(2) Operation of the embodiment
Next, with reference to the flowchart shown in FIG. 3, the operation | movement at the time of automatic driving | running | working by a present Example is demonstrated.
[0030]
(1) Normal braking control operation
First, a normal braking control operation excluding the braking control for getting out of the balance state will be described. In FIG. 3, the controller 9 first determines whether or not the vehicle is parked (step Sa1). After the determination result is “No”, the process proceeds to step Sa2.
[0031]
In step Sa2, the current throttle opening is in an acceleration state (that is, an opening larger than the idle opening + α, which is an opening at which the clutch of the automatic transmission is not disengaged), and the vehicle speed is substantially equal to the target vehicle speed. State (target vehicle speed + offset value ΔV 0 It is determined whether or not (for example, within a range of 0.5 km / h). In other words, here, it is detected whether or not the above-described balance state in which acceleration and braking are performed simultaneously.
[0032]
In this case, since it is normal braking control, the determination result in Step Sa2 is “No”, and the process proceeds to Step Sa3. In step Sa3, the necessary braking force F is calculated as follows in order to perform braking control by PID based on the difference Δv between the current vehicle speed detection value and the target vehicle speed.
[0033]
That is, the necessary braking force F is given as a function F = f (Δv) of the vehicle speed difference Δv, and the necessary braking force F (n−1) in the previous control cycle and the necessary braking force F (n) in the current control cycle. ΔF is given by the following equation (1).
ΔF = Kp × (Δv (n) −Δv (n−1)) + Ki × Δv (n) + Kd × (Δv (n) −2Δv (n−1) + Δv (n−2)) (1)
Where Δv (n) is the vehicle speed difference in the current control cycle,
Δv (n−1) is the vehicle speed difference in the previous control cycle,
Δv (n−2) is the vehicle speed difference in the previous control cycle,
Kp, Ki, Kd are predetermined constants.
[0034]
When the necessary braking force F is calculated, the process proceeds to step Sa4 (see FIG. 3). In step Sa4, it is determined whether or not the calculation result of the necessary braking force F is a negative value. If the calculated necessary braking force F is a positive value, the determination result is “No”, and the process proceeds to step Sa5.
[0035]
In step Sa5, the magnitude of the running load L of the vehicle is determined based on the engine speed, the gear ratio (the ratio between the engine speed and the vehicle speed) and the magnitude of the braking force currently applied.
Here, the traveling load L means resistance that hinders traveling of the vehicle, and becomes small when traveling on a downhill or when the vehicle weight is light, while it is small when traveling on an uphill or when the vehicle is heavy. Sometimes it gets big.
[0036]
In step Sa5, when both the engine speed and the gear ratio exceed a predetermined threshold value, it is determined that the load is high, the currently applied braking force exceeds the predetermined threshold value, and the gear ratio is predetermined. When it falls below the threshold value, it is determined that the load is low, and in other cases, it is determined that the load is medium.
[0037]
Next, in step Sa6, the rotation direction of the brake motor 14 is set to the braking direction. The braking is released when the brake motor 14 is rotated in the reverse direction, which will be described later.
Then, when the process proceeds to step Sa7, a braking force command value G to the brake motor driver 13 is calculated based on the calculation result of the necessary braking force F in step Sa3.
[0038]
The braking force command value G is given by multiplying the necessary braking force F by a predetermined coefficient k. However, for reasons to be described later, when the acceleration of the vehicle is positive, the braking force command value G is given as a function G = g (F, L) of the required braking force F and the traveling load L of the vehicle. The following formulas (2) to (4) are formulas for calculating the braking force command value G corresponding to the magnitude of the traveling load L, respectively.
G = k × F + C1 (when L is lightly loaded) ……………………………… (2)
G = k × F + C2 (when L is medium load) ……………………………… (3)
G = k × F + C3 (when L is under high load) ……………………………… (4)
Where k is a predetermined coefficient,
C1, C2, C3 are different constants,
And 0 <C1 <C2 <C3 is established.
[0039]
When the acceleration of the vehicle is positive, the constants C1, C2, C3 (C1 <C2 <C3) are added to the braking force command value G according to the magnitude of the traveling load L for the following reason. . That is, when starting braking from the non-braking state, the brake motor 14 needs to supply a large current at the first energization due to the characteristics of the motor itself and the frictional resistance of the power transmission path to the drum brakes 8a to 8d. Because there is.
[0040]
In other words, when the load is low (for example, when going down), it is not necessary to increase C1 because the motor is already energized and braking, but when the load is high (for example, when going up), the traveling acceleration is positive. Since it is in a non-braking state (that is, a state where no power is supplied to the motor) before starting, it is necessary to increase C3 when starting the power supply.
[0041]
In step Sa8, the braking force command value G calculated in step Sa7 is supplied to the brake motor driver 13 to drive the brake motor 14. As a result, the vehicle is braked by the braking force corresponding to the braking force command value G.
[0042]
(2) Braking control operation to escape from the balanced state
Next, a braking control operation for getting out of the above-described balanced state will be described. In this case, since the vehicle speed is substantially equal to the target vehicle speed and acceleration and braking are being performed at the same time, the determination result in Step Sa2 is “Yes”, and the process proceeds to Step Sa9. In step Sa9, the current required braking force F is decreased by a constant value c in order to escape from this balanced state. That is, the necessary braking force F is gradually reduced by repeatedly executing Step Sa9. Accordingly, the throttle opening is also gradually reduced so that the vehicle speed matches the target vehicle speed. After calculating the necessary braking force F as described above, the steps Sa4 to Sa8 are executed as in the case of normal braking control, and the brake motor 14 is driven to apply the braking.
[0043]
Here, when a vehicle enters a downhill from a flat road or when entering a flat road from an uphill, the above-described balanced state is likely to occur. explain.
[0044]
FIG. 4 shows changes in vehicle speed difference (vehicle speed-target vehicle speed), throttle opening, and required braking force when the vehicle enters a downhill from a flat road. In this figure, when the vehicle starts to enter a downhill from a flat road, the vehicle speed difference increases because the traveling load of the vehicle decreases (P1 in the figure). In response to the increase in the vehicle speed difference, the throttle opening command value is decreased (P2 in the figure) and the required braking force F calculated by the above equation (1) is increased (P3 in the figure). When the vehicle speed difference starts to decrease (P4 in the figure), the required braking force F starts to decrease accordingly (P5 in the figure). The braking control at this time is based on the above equation (1).
[0045]
Thus, the vehicle speed difference further decreases, and the vehicle speed difference becomes the offset value ΔV. 0 (P6 in the figure), since the throttle opening at this time is larger than the idle opening + α (P7 in the figure), it is considered that the above-mentioned balanced state has been reached. Decrease by c (P8 in the figure). Along with this, the throttle opening is gradually reduced (P9 in the figure).
[0046]
When the throttle opening decreases as the required braking force F decreases and falls below the idle opening + α (P10 in the figure), the control for decreasing the required braking force F by a constant value c is stopped and again increased. The braking control based on the formula (1) is started (P11 in the figure). In this case, since the vehicle is traveling on the downhill, the required braking force F does not become “0”, but maintains a certain value.
[0047]
FIG. 5 shows changes in the vehicle speed difference, the throttle opening, and the required braking force when the vehicle enters the flat road from the uphill. In this case as well, the traveling load decreases as the vehicle enters the flat road from the uphill, and thus the vehicle speed difference increases (P1 ′ in the figure). Accordingly, as in the case of FIG. 4, the throttle opening is reduced (P2 ′ in the figure), and the required braking force F is increased (P3 ′ in the figure). When the vehicle speed difference starts to decrease (P4 ′ in the figure), the necessary braking force F is decreased (P5 ′ in the figure). The braking control at this time is based on the above equation (1).
[0048]
And the vehicle speed difference is offset value ΔV 0 (P6 ′ in the figure), since the throttle opening at this time is larger than the idle opening + α (P7 ′ in the figure), as in the case of FIG. Thereafter, the necessary braking force F is decreased by a constant value c (P8 ′ in the figure). Along with this, the throttle opening is gradually reduced (P9 'in the figure).
[0049]
Thereafter, since the vehicle travels on a flat road, the throttle opening degree is maintained at a value larger than the idle opening degree + α (P10 ′ in the figure), so that the necessary braking force F continues to be decreased by a constant value c. Since it is a negative value, the value is set to “0” (P11 ′ in the drawing).
[0050]
(3) Operation when braking force is not required
When the braking force is unnecessary, there are two cases where the vehicle is parked (that is, parking by the electromagnetic brake 15) and when the vehicle travels without braking.
First, when the vehicle is parked, the determination result of step Sa1 (see FIG. 3) is “Yes”, and the process proceeds to step Sa10. In step Sa10, since the parking braking force is applied by the electromagnetic brake 15 during parking, there is no need to drive the brake motor 14, so the necessary braking force F is set to “0”. Then, the process proceeds to Step Sa12 described later.
[0051]
On the other hand, when traveling without braking, the calculation result of the necessary braking force F in steps Sa3 and Sa9 is smaller than “0”. Therefore, the determination result in step Sa4 is “Yes”, and the process proceeds to step Sa11. In step Sa11, since there is no negative braking force, the required braking force F is set to “0”, and the process proceeds to the next step Sa12.
[0052]
In step Sa12, it is determined whether or not the brake release
[0053]
Here, when the brake mechanism has not returned to the brake release position, the determination result in Step Sa12 is “No”, and the process proceeds to Step Sa13. In step Sa13, in order to return the brake mechanism to the brake release position, the rotation direction of the brake motor 14 is set in the direction opposite to the braking direction. In step Sa14, the braking force command value G is set to a magnitude (constant value) necessary for releasing the brake, and the brake motor 14 is driven in the reverse direction. As a result, the brake mechanism is reliably returned to the brake release position.
[0054]
On the other hand, if the brake mechanism has already returned to the brake release position, the determination result in Step Sa12 is “Yes”, and the process proceeds to Step Sa15. In step Sa15, since it is not necessary to drive the brake motor 14 in the reverse direction, the braking force command value G is set to “0”. As a result, the brake motor 14 is not driven.
[0055]
(3) Summary
As described above, when the throttle opening and the braking force are controlled by feeding back the detected vehicle speed value so that the vehicle speed matches the target vehicle speed, the vehicle speed matches the target vehicle speed while acceleration and braking are performed simultaneously. In this embodiment, in order to detect such a balanced state and escape from this state, the braking control based on the vehicle speed difference (vehicle speed detection value−target vehicle speed) up to that point is performed. Stop and gradually reduce the braking force currently applied. Along with this, the throttle opening is gradually reduced so that the vehicle speed matches the target vehicle speed, and it is possible to escape from the balanced state.
[0056]
(4) Example of change
In the embodiment described above, the traveling load L is detected by the engine speed and the gear ratio. However, the present invention is not limited to such a detection method, and is detected by using, for example, an inclination angle sensor (not shown). You may do it. In this case, for example, when the inclination angle is + 12 ° (up), it can be determined that the load is high, and when it is −12 ° (down), it can be determined that the load is low. In the embodiment, the detection of the traveling load L based on the engine speed and the gear ratio does not change only when the traveling load L goes up and down the hill, but other factors such as vehicle weight and engine performance. This is because it may change depending on the case.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to escape from the balanced state in which acceleration and braking are continuously performed unnecessarily even though the vehicle speed matches the target vehicle speed. It is possible to prevent waste and wear of the brake shoe.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an automatic traveling vehicle according to an embodiment.
FIG. 2 is a block diagram showing a software configuration of a controller of the automatic traveling vehicle.
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment;
FIG. 4 is a graph for explaining the operation of the embodiment when the vehicle enters a downhill from a flat road.
FIG. 5 is a graph for explaining the operation of the embodiment when the vehicle enters a flat road from an uphill.
[Explanation of symbols]
9: Controller (detection means, braking force reduction means),
10 ... Steering driver,
11 ... Steering motor,
12 ... Throttle motor,
13 ... Brake motor driver,
14 ... Brake motor,
15 ... Electromagnetic brake,
30 ... Vehicle speed sensor (detection means),
31 ... Throttle potentiometer (detection means),
36 ... Brake release position detection switch
91 ... Target vehicle speed setting section,
92 ... Driving force calculation unit,
93 ... Throttle drive calculation unit,
94 ... braking force calculation section,
95 ... Brake state switching determination unit,
96 ... Current command value calculation section,
97 ... Excitation voltage calculator,
98 ... Abnormality determination / abnormality processing unit,
99a-99m ... interface.
Claims (1)
車速検出値と目標車速との車速差を検出する検出手段と、
前記車速差が予め定められた正の値よりも大きい期間は、前記車速差に応じた必要制動力を与える一方、前記車速差が前記予め定められた正の値以下であって、かつ、前記現在のスロットル開度が予め定められた値よりも大きい期間は、前記必要制動力を徐々に減少させた制動力を与える制動力制御手段と
を具備することを特徴とする自動走行車。In an autonomous vehicle that performs vehicle speed control by independently controlling the throttle opening and braking force based on the difference between the vehicle speed detection value and the target vehicle speed,
Detection means for detecting a vehicle speed difference between the vehicle speed detection value and the target vehicle speed;
While the vehicle speed difference is greater than a predetermined positive value, the required braking force according to the vehicle speed difference is provided, while the vehicle speed difference is equal to or less than the predetermined positive value , and An automatic traveling vehicle comprising braking force control means for applying a braking force obtained by gradually reducing the necessary braking force during a period in which the current throttle opening is larger than a predetermined value.
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