JP3742577B2 - エンジン自動運転装置およびその制御方法並びに車両自動運転装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンを走行パターンにしたがって自動運転するエンジン自動運転装置およびその制御方法並びに車両を走行パターンにしたがって自動運転する車両自動運転装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車の動的な走行性能試験のため、シャシダイナモメータを用いた車両自動運転装置によって実車走行シミュレート運転が行われているが、この車両自動運転装置による性能試験では、完成した自動車が必要になる。そこで、最近においては、新車開発期間を短縮するため、エンジンダイナモメータによってエンジンを走行パターンにしたがって自動運転するエンジン自動運転装置を用い、これによって実車走行シミュレート運転を行うようになってきている。
【０００３】
ところで、上記実車走行シミュレート運転では、予め決められた走行パターンでエンジンを制御（走行制御）する必要があるが、従来においては、実車速とテーブル車速（走行目標車速ともいう）との偏差を求め、この偏差を直接フィードバックするようにして走行制御していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動車の発進時や変速時においては、前記偏差がどうしても大きくなる。すなわち、図１０は、実車速８１とテーブル車速８２の推移の一例を表すもので、今、時刻Ｔ1 において変速を開始し、時刻Ｔ2 において変速を終了した場合、変速に際してクラッチ操作をするところから、エンジン側と駆動輪側とが一時的に切り離されるため、実車速８１は、同図に示すように落ち込み、その結果、時刻Ｔ2 における実車速８１と前記時刻Ｔ2 におけるテーブル車速８２との間に少なからぬ偏差が生ずることになるのである。したがって、実車速８１をできるだけ速やかにテーブル車速８２に近づける必要がある。なお、図１０において、横軸は時間ｔ、縦軸は車速Ｖを表している。
【０００５】
しかしながら、上記従来の方法によれば、アクセル操作を急激に行うことがあり、その結果、所定の走行パターンに沿わない、速度が大きく変動してぎくしゃくした運転となり、燃費や排気ガスの測定などの試験に悪影響が及ぼされ、人間の運転による実車走行シミュレート運転における走行性能試験の結果と異なることがあった。
【０００６】
上記課題は、従来から車両の走行性能試験を行っている車両自動運転装置においても、同様に生じているところである。この場合は、アクセルペダルやブレーキペダルを急激に踏み込んだり、戻したりするといった不都合があった。
【０００７】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、発進時や変速時においてスムーズな運転を行うことができ、各種モード運転においてその全走行時間にわたって実車速とテーブル車速との偏差を可及的に少なくすることができ、加速度の不連続に伴う排気ガス測定への悪影響を防止することのできるエンジン自動運転装置およびその制御方法並びに車両自動運転装置およびその制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、エンジンを走行パターンにしたがって自動運転するエンジン自動運転装置において、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしたことを特徴としている。
【０００９】
そして、請求項２に記載の発明では、エンジンを走行パターンにしたがって自動運転するエンジン自動運転装置の制御方法において、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしたことを特徴としている。
【００１０】
上記エンジン自動運転装置およびその制御方法によれば、発進時または変速時においてアクセル操作を急激に行うことなく運転が行なえるので、排気ガスに悪影響を及ぼすことなく、走行パターンに沿ったスムーズな運転を行うことができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明では、車両を走行パターンにしたがって自動運転する車両自動運転装置において、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしたことを特徴としている。
【００１２】
そして、請求項４に記載の発明では、車両を走行パターンにしたがって自動運転する車両自動運転装置の制御方法において、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしたことを特徴としている。
【００１３】
上記車両自動運転装置およびその制御方法によれば、発進時または変速時においてアクセル操作を急激に行うことなく運転が行なえるので、排気ガスに悪影響を及ぼすことなく、走行パターンに沿ったスムーズな運転を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。まず、図１は、この発明のエンジン自動運転装置の全体構成を概略的に示すもので、この図において、１は試験対象のエンジン、２はダイナモメータで、両者１，２は、その出力軸１ａと駆動軸２ａとがクラッチ３を介して接続・分離自在に結合されている。４はクラッチ３を駆動するクラッチアクチュエータである。そして、５は供試エンジン１のスロットルで、スロットルアクチュエータ６によって駆動され、その開度が制御される。また、７はダイナモメータ２の駆動軸２ａに設けられたトルクセンサで、８はトルクセンサ７の出力アンプである。
【００１５】
９は前記ダイナモメータ２、クラッチアクチュエータ４およびスロットルアクチュエータ６を制御する制御部で、コントロールユニット１０、ドライバユニット１１および電源部１２からなる。この実施の形態においては、制御部９からの指令によってクラッチアクチュエータ４およびスロットルアクチュエータ６を動作させ、後述する事前加速および事後加速を行う。１３はパソコンで、種々の入力を行うことができるとともに、その表示部に、車速、エンジン回転数、車両データ、速度テーブル、シフトパターンなどを表示する。
【００１６】
次に、上記構成のエンジン自動運転装置によって、エンジン１を走行パターンにしたがって走行させつつシフトさせる制御方法について説明する。まず、ギヤチェンジを行うときの速度の落込量と変速時間とを予測し、これらの関係を各ギヤチェンジ毎にエンジン自動運転装置に記憶させる。例えば、Ｌｏｗギヤから２ｎｄギヤに変速する場合の変速時間ΔＴ1 と速度落込量ΔＶ1 とを予測し、これらを互いに関連付けて記憶する。以下、同様に、他のギヤチェンジ（例えば２ｎｄギヤ→３ｒｄギヤ、３ｒｄギヤ→４ｔｈギヤ、４ｔｈギヤ→５ｔｈギヤ）における変速時間ΔＴ2 ，ΔＴ3 ，ΔＴ4 と速度落込量ΔＶ2 ，ΔＶ3 ，ΔＶ4 とについても互いに関連付けて記憶する。図２は、ギヤチェンジにおける変速時間ΔＴm とそのときの速度落込量ΔＶm とを示すグラフで、横軸は時間ｔ、縦軸は車速Ｖを表している。
【００１７】
なお、ギア比については、予め、パラメータとして記憶しておく。
【００１８】
そして、前記図２から理解されるように、変速を行うと実車速が落ち込む。そこで、この発明の制御方法では、次のようにして、実車速をテーブル車速に可及的に追従できるようにしている。
【００１９】
この発明のエンジン自動運転装置およびその制御方法においては、図３に示すように、変速操作の前後に事前加速および事後加速を行うようにしている。そして、実車速をテーブル車速に可及的に追従させるため、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分（事前加速補正速度）を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度をｓｉｎ関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分（事後加速補正速度）を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度をｓｉｎ関数に基づいて変化させるようにしている。以下、これの詳細について、図４および図５を参照しながら説明する。
【００２０】
図４は、前記事前加速および事後加速におけるテーブル車速に対する制御目標車速の変化を示すものであり、図５は、事前加速および事後加速における加速度の変化を示すものである。そして、これらの図中の符号ＡからＢが事前加速領域、符号ＣからＤが事後加速領域を示している。また、符号ＢからＣが変速が行われる時間を表している。なお、図４および図５において、仮想線は、それぞれ従来の制御方法による制御目標車速の変化および加速度の変化を示している。
【００２１】
まず、事前加速においては、変速中の実車速の落ち込みを軽減するため、変速中に増加するべき速度の半分を、変速開始時点のテーブル車速に加えたものが変速開始時の制御目標車速になるように、制御目標車速を作成し、これに沿ってエンジン１の速度制御を行うのである。すなわち、
制御目標車速＝テーブル車速＋
１／２ ×ｄＳ×〔１−ｃｏｓ｛Ｔ−（Ｇ−Ｌ1 ）／Ｌ1 ｝π〕……（１）
上記式（１）において、ｄＳは変速中の速度落込量、Ｔは時刻、Ｇは次回変速開始時点、Ｌ1 は事前加速の時間（長さ）である。
【００２２】
より具体的には、事前加速開始時Ａに加速度の急激な変化を避けるため、事前加速中のテーブル車速に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分は、図５において符号１４で示すように、事前加速開始時点Ａおよび事前加速終了時点Ｂをゼロとなるように、加速度をｓｉｎ関数に基づいて変化させるのである。
【００２３】
これにより、事前加速中は、図５において、符号１４で示すように、加速度がｓｉｎ関数的に変化し、事前加速開始時点Ａおよび事前加速終了時点Ｂのいずれにおいてもゼロとなる。
【００２４】
そして、変速終了時には、実車速がテーブル車速より低くなり、その速度偏差を無くそうとしてスロットル開度を急激に大きくすると、排ガス量に悪影響が及ぼされる。そこで、この対策として、事後加速においては、制御目標速度を、変速中の実車速の落ち込みを軽減するため、変速開始時点のテーブル車速に加えたものが変速終了時の制御目標車速になるように、制御目標車速を作成し、これに沿ってエンジン１の速度制御を行うのである。すなわち、
制御目標車速＝テーブル車速＋
１／２ ×ｄｚ×〔１＋ｃｏｓ｛Ｔ−（Ｇ＋ｄＧ）／Ｌ｝π〕……（２）
上記式（１）において、ｄｚは変速終了時の実車速と制御目標車速の実測としての差または変速中の速度の落ち込みを予測した予測された車速と制御目標車速との差、ｄＧは変速に要した時間である。
【００２５】
これにより、事後加速中は、図５において、符号１５で示すように、加速度がｓｉｎ関数的に変化し、事後加速開始時点Ｃおよび事後加速終了時点Ｄのいずれにおいてもゼロとなる。
【００２６】
より具体的には、変速終了時点Ｃにおいて加速度の急激な変化を避けるため、事後加速中のテーブル車速に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分は、図５において符号１５で示すように、事後加速開始時点Ｃおよび事後加速終了時点Ｄをゼロとなるように、加速度をｓｉｎ関数に基づいて変化させるのである。
【００２７】
なお、上記事前加速時間および事後加速時間は、予め、速度制御ファイルで定義されており、可変となっている。
【００２８】
また、上述の実施の形態においては、事前加速における加速度をｓｉｎ関数的に変化させることにより、事前加速開始時点Ａおよび事前加速終了時点Ｂの加速度をゼロとなるようにするとともに、事後加速における加速度をｓｉｎ関数的に変化させることにより、事後加速開始時点Ｃおよび事後加速終了時点Ｄの加速度をゼロとなるようにしているが、これに代えて、前記加速度を二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしてもよく、この場合における事前加速時および事後加速時の制御目標車速は、それぞれ下記（３），（４）式で与えられる。
【００２９】
すなわち、事前加速時の制御目標車速は、
ここで、Ｔ’＝Ｔ−（Ｇ−Ｌ）、Ｌ’＝Ｌ／２Ｌであり、ｍは１，２，３である。
【００３０】
そして、事後加速時の制御目標車速は、
ここで、Ｔ”＝Ｔ−（Ｇ＋ｄＧ）である。
【００３１】
図６（Ａ），（Ｂ）は、上記実施の形態のように、加速度をｓｉｎ関数的または二次以上の偶数次関数的に変化させたときの加速度の変化、および、速度の変化を示すもので、符号１６はｓｉｎ関数、１７は二次関数、１８は４次関数をそれぞれ示している。
【００３２】
上述のように、この発明のエンジン自動運転装置およびその制御方法においては、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度をｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度をｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしているので、発進や変速時においてスロットルを急激に操作する必要がなく、排気ガスへの悪影響を防止することができ、しかも、実車速の本来の走行目標車速に対する偏差が可及的に小さくなるので、所定の走行パターンに沿ったスムーズな運転が行え、したがって、人間の運転による実車走行シミュレート運転における走行性能試験の結果と同様の結果が得られる。
【００３３】
なお、上記制御方法において、変速直後の車速として予測値を用いているが、実測値ヲ用いてもよい。
【００３４】
上記エンジン自動運転装置およびその制御方法の考え方は、車両自動運転装置およびその制御方法にも同様に適用することができる。以下、図７〜図９を参照しながら、この発明の車両自動運転装置およびその制御方法を説明する。
【００３５】
図７〜図９は、この発明の車両自動運転装置の構成の一例を概略的に示す図である。これらの図において、２１は走行性能試験に供される自動車で、その駆動輪２２をシャシダイナモメータ２３のローラ２４上に当接載置した状態で配置されている。
【００３６】
２５は前記自動車２１の運転席２６に人間が座るときと同じようにして座席シートに適宜の手段で固定されるメカユニット（運転ロボットともいう）で、このメカユニット２５には、図８および図９に示すように、アクセルペダル２７、ブレーキペダル２８、クラッチペダル２９をそれぞれ踏込み操作するためのペダル用アクチュエータ３０〜３２、シフトレバー３３の頭部を把持して切換え操作するためのシフトレバー用アクチュエータ３４とが設けられているとともに、図示してないが、ペダル用アクチュエータ３０〜３２をそれぞれ個別に駆動するＤＣサーボモータ、シフトレバー用アクチュエータ３４をＸ軸、Ｙ軸方向にそれぞれ個別に駆動するＤＣサーボモータ、これらのモータ（この場合、合計５個）にそれぞれ付随する伝達機構などが設けてある。また、各ペダル用アクチュエータ３０〜３２には、近接スイッチおよび位置検出のためのエンコーダが設けられている。なお、図８において、３５はハンドルである。
【００３７】
３６は車両自動運転装置、スアシダイナモメータ２３およびメカユニット２５を制御する制御部で、コントロールユニット３７、ドライバユニット３８および電源部３９からなる。この実施の形態においては、制御部３６からの指令によってメカユニット２５を動作させ、後述する事前加速および事後加速を行う。４０はパソコンで、種々の入力を行うことができるとともに、その表示部に、車速、エンジン回転数、車両データ、速度テーブル、シフトパターンなどを表示する。
【００３８】
上記構成の車両自動運転装置によって自動車２１の走行性能試験を行うに先立って、位置学習と学習運転を行い、車両自動運転装置に必要な事項を学習（記憶）させる。
【００３９】
まず、位置学習によってペダル用アクチュエータ３０〜３２がそして、アクセルペダル２７、ブレーキペダル２８、クラッチペダル２９に触れ始める踏み込み開始位置と、アクセルペダル２７およびクラッチペダル２９を最大に踏み込む最大踏み込み位置を学習する。そして、シフトレバー用アクチュエータ３４をＸ軸、Ｙ軸方向に操作し、各変速位置を車両データに設定したシフトパターンにしたがって自動学習する。
【００４０】
前記位置学習が終了すると、学習運転に移行し、ブレーキペダル２８の最大踏み込み量およびクラッチオフ状態におけるアクセルペダル２７の踏み込み量とエンジン回転数との関係を学習する。そして、クラッチペダル２９においては、クラッチの接続関係位置を学習した後、走行性能マップを求めるため、アクセルペダル２７を一定量踏み込んだときに発生する速度と加速度との関係を各変速位置ごとに数カ所のアクセル踏み込み量にて求める。また、各変速位置に変速する際、変速に要する時間（変速時間）とこの変速時間内における自動車２１の速度の落ち込み量とを測定し、これらの関係を各ギヤチェンジ毎に車両自動運転装置に記憶させる。さらに、変速後に、車速とそのときのエンジン回転数を読み取り、各変速位置でのギア比を求める。
【００４１】
そして、前記図２から理解されるように、変速を行うと実車速が落ち込む。そこで、上記車両自動運転装置およびその制御方法においても、図３に示したエンジン自動運転装置およびその制御方法による変速前後における速度制御手順と同様にして、実車速をテーブル車速に可及的に追従できるようにするのである。この場合、変速直後の速度を実車速とする。
【００４２】
この車両自動運転装置およびその制御方法においても、前記エンジン自動運転装置およびその制御方法における場合と同様の効果を奏する。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、発進や変速時においてアクセルペダルやブレーキペダルを急激に操作する必要がなく、排ガスに悪影響が及ぼされることがないとともに、実車速の本来の走行目標車速に対する偏差が可及的に小さくなるので、所定の走行パターンに沿ったスムーズな運転が行え、したがって、人間の運転による実車走行シミュレート運転における走行性能試験の結果と同様の結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のエンジン自動運転装置の全体構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】変速時における速度落込量を説明するための図である。
【図３】前記エンジン自動運転装置の制御方法による変速前後における速度制御手順の一例を示す図である。
【図４】前記制御方法による事前加速および事後加速におけるテーブル車速に対する制御目標車速の変化を説明するための図である。
【図５】前記制御方法による事前加速および事後加速における加速度の変化を説明するための図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、本来の走行目標速度に対してギアチェンジ時の速度補正を行ったときの加速度の変化および速度の変化を表す図である。
【図７】この発明の車両自動運転装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図８】前記車両自動運転装置のメカユニットの構成を概略的に示す側面図である。
【図９】前記メカユニットの構成を概略的に示す平面図である。
【図１０】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２１…自動車、Ａ…事前加速開始時点、Ｂ…変速開始時点（事前加速終了時点）、Ｃ…変速終了時点（事後加速開始時点）、Ｄ…事後加速終了時点。
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンを走行パターンにしたがって自動運転するエンジン自動運転装置およびその制御方法並びに車両を走行パターンにしたがって自動運転する車両自動運転装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車の動的な走行性能試験のため、シャシダイナモメータを用いた車両自動運転装置によって実車走行シミュレート運転が行われているが、この車両自動運転装置による性能試験では、完成した自動車が必要になる。そこで、最近においては、新車開発期間を短縮するため、エンジンダイナモメータによってエンジンを走行パターンにしたがって自動運転するエンジン自動運転装置を用い、これによって実車走行シミュレート運転を行うようになってきている。
【０００３】
ところで、上記実車走行シミュレート運転では、予め決められた走行パターンでエンジンを制御（走行制御）する必要があるが、従来においては、実車速とテーブル車速（走行目標車速ともいう）との偏差を求め、この偏差を直接フィードバックするようにして走行制御していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動車の発進時や変速時においては、前記偏差がどうしても大きくなる。すなわち、図１０は、実車速８１とテーブル車速８２の推移の一例を表すもので、今、時刻Ｔ1 において変速を開始し、時刻Ｔ2 において変速を終了した場合、変速に際してクラッチ操作をするところから、エンジン側と駆動輪側とが一時的に切り離されるため、実車速８１は、同図に示すように落ち込み、その結果、時刻Ｔ2 における実車速８１と前記時刻Ｔ2 におけるテーブル車速８２との間に少なからぬ偏差が生ずることになるのである。したがって、実車速８１をできるだけ速やかにテーブル車速８２に近づける必要がある。なお、図１０において、横軸は時間ｔ、縦軸は車速Ｖを表している。
【０００５】
しかしながら、上記従来の方法によれば、アクセル操作を急激に行うことがあり、その結果、所定の走行パターンに沿わない、速度が大きく変動してぎくしゃくした運転となり、燃費や排気ガスの測定などの試験に悪影響が及ぼされ、人間の運転による実車走行シミュレート運転における走行性能試験の結果と異なることがあった。
【０００６】
上記課題は、従来から車両の走行性能試験を行っている車両自動運転装置においても、同様に生じているところである。この場合は、アクセルペダルやブレーキペダルを急激に踏み込んだり、戻したりするといった不都合があった。
【０００７】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、発進時や変速時においてスムーズな運転を行うことができ、各種モード運転においてその全走行時間にわたって実車速とテーブル車速との偏差を可及的に少なくすることができ、加速度の不連続に伴う排気ガス測定への悪影響を防止することのできるエンジン自動運転装置およびその制御方法並びに車両自動運転装置およびその制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、エンジンを走行パターンにしたがって自動運転するエンジン自動運転装置において、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしたことを特徴としている。
【０００９】
そして、請求項２に記載の発明では、エンジンを走行パターンにしたがって自動運転するエンジン自動運転装置の制御方法において、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしたことを特徴としている。
【００１０】
上記エンジン自動運転装置およびその制御方法によれば、発進時または変速時においてアクセル操作を急激に行うことなく運転が行なえるので、排気ガスに悪影響を及ぼすことなく、走行パターンに沿ったスムーズな運転を行うことができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明では、車両を走行パターンにしたがって自動運転する車両自動運転装置において、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしたことを特徴としている。
【００１２】
そして、請求項４に記載の発明では、車両を走行パターンにしたがって自動運転する車両自動運転装置の制御方法において、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしたことを特徴としている。
【００１３】
上記車両自動運転装置およびその制御方法によれば、発進時または変速時においてアクセル操作を急激に行うことなく運転が行なえるので、排気ガスに悪影響を及ぼすことなく、走行パターンに沿ったスムーズな運転を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。まず、図１は、この発明のエンジン自動運転装置の全体構成を概略的に示すもので、この図において、１は試験対象のエンジン、２はダイナモメータで、両者１，２は、その出力軸１ａと駆動軸２ａとがクラッチ３を介して接続・分離自在に結合されている。４はクラッチ３を駆動するクラッチアクチュエータである。そして、５は供試エンジン１のスロットルで、スロットルアクチュエータ６によって駆動され、その開度が制御される。また、７はダイナモメータ２の駆動軸２ａに設けられたトルクセンサで、８はトルクセンサ７の出力アンプである。
【００１５】
９は前記ダイナモメータ２、クラッチアクチュエータ４およびスロットルアクチュエータ６を制御する制御部で、コントロールユニット１０、ドライバユニット１１および電源部１２からなる。この実施の形態においては、制御部９からの指令によってクラッチアクチュエータ４およびスロットルアクチュエータ６を動作させ、後述する事前加速および事後加速を行う。１３はパソコンで、種々の入力を行うことができるとともに、その表示部に、車速、エンジン回転数、車両データ、速度テーブル、シフトパターンなどを表示する。
【００１６】
次に、上記構成のエンジン自動運転装置によって、エンジン１を走行パターンにしたがって走行させつつシフトさせる制御方法について説明する。まず、ギヤチェンジを行うときの速度の落込量と変速時間とを予測し、これらの関係を各ギヤチェンジ毎にエンジン自動運転装置に記憶させる。例えば、Ｌｏｗギヤから２ｎｄギヤに変速する場合の変速時間ΔＴ1 と速度落込量ΔＶ1 とを予測し、これらを互いに関連付けて記憶する。以下、同様に、他のギヤチェンジ（例えば２ｎｄギヤ→３ｒｄギヤ、３ｒｄギヤ→４ｔｈギヤ、４ｔｈギヤ→５ｔｈギヤ）における変速時間ΔＴ2 ，ΔＴ3 ，ΔＴ4 と速度落込量ΔＶ2 ，ΔＶ3 ，ΔＶ4 とについても互いに関連付けて記憶する。図２は、ギヤチェンジにおける変速時間ΔＴm とそのときの速度落込量ΔＶm とを示すグラフで、横軸は時間ｔ、縦軸は車速Ｖを表している。
【００１７】
なお、ギア比については、予め、パラメータとして記憶しておく。
【００１８】
そして、前記図２から理解されるように、変速を行うと実車速が落ち込む。そこで、この発明の制御方法では、次のようにして、実車速をテーブル車速に可及的に追従できるようにしている。
【００１９】
この発明のエンジン自動運転装置およびその制御方法においては、図３に示すように、変速操作の前後に事前加速および事後加速を行うようにしている。そして、実車速をテーブル車速に可及的に追従させるため、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分（事前加速補正速度）を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度をｓｉｎ関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分（事後加速補正速度）を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度をｓｉｎ関数に基づいて変化させるようにしている。以下、これの詳細について、図４および図５を参照しながら説明する。
【００２０】
図４は、前記事前加速および事後加速におけるテーブル車速に対する制御目標車速の変化を示すものであり、図５は、事前加速および事後加速における加速度の変化を示すものである。そして、これらの図中の符号ＡからＢが事前加速領域、符号ＣからＤが事後加速領域を示している。また、符号ＢからＣが変速が行われる時間を表している。なお、図４および図５において、仮想線は、それぞれ従来の制御方法による制御目標車速の変化および加速度の変化を示している。
【００２１】
まず、事前加速においては、変速中の実車速の落ち込みを軽減するため、変速中に増加するべき速度の半分を、変速開始時点のテーブル車速に加えたものが変速開始時の制御目標車速になるように、制御目標車速を作成し、これに沿ってエンジン１の速度制御を行うのである。すなわち、
制御目標車速＝テーブル車速＋
１／２ ×ｄＳ×〔１−ｃｏｓ｛Ｔ−（Ｇ−Ｌ1 ）／Ｌ1 ｝π〕……（１）
上記式（１）において、ｄＳは変速中の速度落込量、Ｔは時刻、Ｇは次回変速開始時点、Ｌ1 は事前加速の時間（長さ）である。
【００２２】
より具体的には、事前加速開始時Ａに加速度の急激な変化を避けるため、事前加速中のテーブル車速に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分は、図５において符号１４で示すように、事前加速開始時点Ａおよび事前加速終了時点Ｂをゼロとなるように、加速度をｓｉｎ関数に基づいて変化させるのである。
【００２３】
これにより、事前加速中は、図５において、符号１４で示すように、加速度がｓｉｎ関数的に変化し、事前加速開始時点Ａおよび事前加速終了時点Ｂのいずれにおいてもゼロとなる。
【００２４】
そして、変速終了時には、実車速がテーブル車速より低くなり、その速度偏差を無くそうとしてスロットル開度を急激に大きくすると、排ガス量に悪影響が及ぼされる。そこで、この対策として、事後加速においては、制御目標速度を、変速中の実車速の落ち込みを軽減するため、変速開始時点のテーブル車速に加えたものが変速終了時の制御目標車速になるように、制御目標車速を作成し、これに沿ってエンジン１の速度制御を行うのである。すなわち、
制御目標車速＝テーブル車速＋
１／２ ×ｄｚ×〔１＋ｃｏｓ｛Ｔ−（Ｇ＋ｄＧ）／Ｌ｝π〕……（２）
上記式（１）において、ｄｚは変速終了時の実車速と制御目標車速の実測としての差または変速中の速度の落ち込みを予測した予測された車速と制御目標車速との差、ｄＧは変速に要した時間である。
【００２５】
これにより、事後加速中は、図５において、符号１５で示すように、加速度がｓｉｎ関数的に変化し、事後加速開始時点Ｃおよび事後加速終了時点Ｄのいずれにおいてもゼロとなる。
【００２６】
より具体的には、変速終了時点Ｃにおいて加速度の急激な変化を避けるため、事後加速中のテーブル車速に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分は、図５において符号１５で示すように、事後加速開始時点Ｃおよび事後加速終了時点Ｄをゼロとなるように、加速度をｓｉｎ関数に基づいて変化させるのである。
【００２７】
なお、上記事前加速時間および事後加速時間は、予め、速度制御ファイルで定義されており、可変となっている。
【００２８】
また、上述の実施の形態においては、事前加速における加速度をｓｉｎ関数的に変化させることにより、事前加速開始時点Ａおよび事前加速終了時点Ｂの加速度をゼロとなるようにするとともに、事後加速における加速度をｓｉｎ関数的に変化させることにより、事後加速開始時点Ｃおよび事後加速終了時点Ｄの加速度をゼロとなるようにしているが、これに代えて、前記加速度を二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしてもよく、この場合における事前加速時および事後加速時の制御目標車速は、それぞれ下記（３），（４）式で与えられる。
【００２９】
すなわち、事前加速時の制御目標車速は、
【００３０】
そして、事後加速時の制御目標車速は、
【００３１】
図６（Ａ），（Ｂ）は、上記実施の形態のように、加速度をｓｉｎ関数的または二次以上の偶数次関数的に変化させたときの加速度の変化、および、速度の変化を示すもので、符号１６はｓｉｎ関数、１７は二次関数、１８は４次関数をそれぞれ示している。
【００３２】
上述のように、この発明のエンジン自動運転装置およびその制御方法においては、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度をｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度をｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしているので、発進や変速時においてスロットルを急激に操作する必要がなく、排気ガスへの悪影響を防止することができ、しかも、実車速の本来の走行目標車速に対する偏差が可及的に小さくなるので、所定の走行パターンに沿ったスムーズな運転が行え、したがって、人間の運転による実車走行シミュレート運転における走行性能試験の結果と同様の結果が得られる。
【００３３】
なお、上記制御方法において、変速直後の車速として予測値を用いているが、実測値ヲ用いてもよい。
【００３４】
上記エンジン自動運転装置およびその制御方法の考え方は、車両自動運転装置およびその制御方法にも同様に適用することができる。以下、図７〜図９を参照しながら、この発明の車両自動運転装置およびその制御方法を説明する。
【００３５】
図７〜図９は、この発明の車両自動運転装置の構成の一例を概略的に示す図である。これらの図において、２１は走行性能試験に供される自動車で、その駆動輪２２をシャシダイナモメータ２３のローラ２４上に当接載置した状態で配置されている。
【００３６】
２５は前記自動車２１の運転席２６に人間が座るときと同じようにして座席シートに適宜の手段で固定されるメカユニット（運転ロボットともいう）で、このメカユニット２５には、図８および図９に示すように、アクセルペダル２７、ブレーキペダル２８、クラッチペダル２９をそれぞれ踏込み操作するためのペダル用アクチュエータ３０〜３２、シフトレバー３３の頭部を把持して切換え操作するためのシフトレバー用アクチュエータ３４とが設けられているとともに、図示してないが、ペダル用アクチュエータ３０〜３２をそれぞれ個別に駆動するＤＣサーボモータ、シフトレバー用アクチュエータ３４をＸ軸、Ｙ軸方向にそれぞれ個別に駆動するＤＣサーボモータ、これらのモータ（この場合、合計５個）にそれぞれ付随する伝達機構などが設けてある。また、各ペダル用アクチュエータ３０〜３２には、近接スイッチおよび位置検出のためのエンコーダが設けられている。なお、図８において、３５はハンドルである。
【００３７】
３６は車両自動運転装置、スアシダイナモメータ２３およびメカユニット２５を制御する制御部で、コントロールユニット３７、ドライバユニット３８および電源部３９からなる。この実施の形態においては、制御部３６からの指令によってメカユニット２５を動作させ、後述する事前加速および事後加速を行う。４０はパソコンで、種々の入力を行うことができるとともに、その表示部に、車速、エンジン回転数、車両データ、速度テーブル、シフトパターンなどを表示する。
【００３８】
上記構成の車両自動運転装置によって自動車２１の走行性能試験を行うに先立って、位置学習と学習運転を行い、車両自動運転装置に必要な事項を学習（記憶）させる。
【００３９】
まず、位置学習によってペダル用アクチュエータ３０〜３２がそして、アクセルペダル２７、ブレーキペダル２８、クラッチペダル２９に触れ始める踏み込み開始位置と、アクセルペダル２７およびクラッチペダル２９を最大に踏み込む最大踏み込み位置を学習する。そして、シフトレバー用アクチュエータ３４をＸ軸、Ｙ軸方向に操作し、各変速位置を車両データに設定したシフトパターンにしたがって自動学習する。
【００４０】
前記位置学習が終了すると、学習運転に移行し、ブレーキペダル２８の最大踏み込み量およびクラッチオフ状態におけるアクセルペダル２７の踏み込み量とエンジン回転数との関係を学習する。そして、クラッチペダル２９においては、クラッチの接続関係位置を学習した後、走行性能マップを求めるため、アクセルペダル２７を一定量踏み込んだときに発生する速度と加速度との関係を各変速位置ごとに数カ所のアクセル踏み込み量にて求める。また、各変速位置に変速する際、変速に要する時間（変速時間）とこの変速時間内における自動車２１の速度の落ち込み量とを測定し、これらの関係を各ギヤチェンジ毎に車両自動運転装置に記憶させる。さらに、変速後に、車速とそのときのエンジン回転数を読み取り、各変速位置でのギア比を求める。
【００４１】
そして、前記図２から理解されるように、変速を行うと実車速が落ち込む。そこで、上記車両自動運転装置およびその制御方法においても、図３に示したエンジン自動運転装置およびその制御方法による変速前後における速度制御手順と同様にして、実車速をテーブル車速に可及的に追従できるようにするのである。この場合、変速直後の速度を実車速とする。
【００４２】
この車両自動運転装置およびその制御方法においても、前記エンジン自動運転装置およびその制御方法における場合と同様の効果を奏する。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、発進や変速時においてアクセルペダルやブレーキペダルを急激に操作する必要がなく、排ガスに悪影響が及ぼされることがないとともに、実車速の本来の走行目標車速に対する偏差が可及的に小さくなるので、所定の走行パターンに沿ったスムーズな運転が行え、したがって、人間の運転による実車走行シミュレート運転における走行性能試験の結果と同様の結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のエンジン自動運転装置の全体構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】変速時における速度落込量を説明するための図である。
【図３】前記エンジン自動運転装置の制御方法による変速前後における速度制御手順の一例を示す図である。
【図４】前記制御方法による事前加速および事後加速におけるテーブル車速に対する制御目標車速の変化を説明するための図である。
【図５】前記制御方法による事前加速および事後加速における加速度の変化を説明するための図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、本来の走行目標速度に対してギアチェンジ時の速度補正を行ったときの加速度の変化および速度の変化を表す図である。
【図７】この発明の車両自動運転装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図８】前記車両自動運転装置のメカユニットの構成を概略的に示す側面図である。
【図９】前記メカユニットの構成を概略的に示す平面図である。
【図１０】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２１…自動車、Ａ…事前加速開始時点、Ｂ…変速開始時点（事前加速終了時点）、Ｃ…変速終了時点（事後加速開始時点）、Ｄ…事後加速終了時点。
Claims (4)
- エンジンを走行パターンにしたがって自動運転するエンジン自動運転装置において、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしたことを特徴とするエンジン自動運転装置。
- エンジンを走行パターンにしたがって自動運転するエンジン自動運転装置の制御方法において、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしたことを特徴とするエンジン自動運転装置の制御方法。
- 車両を走行パターンにしたがって自動運転する車両自動運転装置において、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしたことを特徴とする車両自動運転装置。
- 車両を走行パターンにしたがって自動運転する車両自動運転装置の制御方法において、変速予定時点の前に行われる事前加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事前加速開始時点および事前加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させる一方、変速終了後に行われる事後加速中のテーブル速度に基づいて得られる目標加速度への加速度増加分を、事後加速開始時点および事後加速終了時点をゼロとなるように、加速度を時間との関係でｓｉｎ関数または二次以上の偶数次関数に基づいて変化させるようにしたことを特徴とする車両自動運転装置の制御方法。
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