JP3855612B2 - 自動車速制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両の速度を自動制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
目標車速に対する実車速の応答性を特定の規範モデルに一致させるモデルマッチング補償器を用いて、目標車速と実車速とにより目標駆動力を演算するとともに、外乱推定器により目標駆動力と実車速とにより走行抵抗や道路勾配などの車両走行にともなう外乱を推定演算し、この外乱推定値により目標駆動力を補正するようにした車両用自動車速制御装置が知られている（例えば、特開平０８−２０７６１９号公報参照）。この装置はいわゆる二自由度制御系であり、目標車速に対する実車速の応答性を補償するモデルマッチング補償器と、外乱に対するロバスト性を補償する外乱推定器とが別個に構成されている。
【０００３】
また、上述したモデルマッチング補償器を、フィードフォワード型補償器（位相進み補償器）とフィードバック型補償器（比例フィードバック補償器）とに分けて構成する自動車速制御装置も知られている（例えば、特開２０００−０７１８０７号公報参照）。この装置では、フィードバック補償器だけでモデルマッチング補償を行うと応答性と安定性の両立が困難な場合があり、これを改善するために閉ループ系の安定性を悪化させないフィードフォワード型補償器を併用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、モデルマッチング補償器を用いた自動車速制御装置では、次のような問題がある。
【０００５】
コーストスイッチにより目標車速を下げて減速する操作を終了したとき、また、アクセラレートスイッチにより目標車速を上げて増速する操作を終了したとき、さらに、自動車速制御中に乗員がアクセルペダルを踏んで手動で加速し、セットスイッチにより目標車速の再設定操作をしたときには、現在の車速を目標車速に強制的に再設定するので目標車速がステップ状に大きく変化することがある。目標車速がステップ状に変化すると、モデルマッチング補償器出力の目標駆動力が大きく変化し、そのために車速のオーバーシュートまたはアンダーシュートが発生する。特に、上述した後者の自動車速制御装置では、フィードフォワード補償器（位相進み補償器）が過度に動作するため、大きな車速オーバーシュートまたはアンダーシュートが発生する。
【０００６】
図１は、コーストスイッチ操作終了時の従来の自動車速制御装置の制御結果を示す。コーストスイッチ操作終了時に、そのときの車速が目標車速に再設定されて目標車速がステップ状に大きく変化し、車速のオーバーシュートが発生している。また、図２は、自動車速制御中に手動で加速してセットスイッチにより目標車速を再設定したときの、従来の自動車速制御装置の制御結果を示す。セットスイッチ操作時に、そのときの車速が目標車速に再設定されて目標車速がステップ状に大きく変化し、車速のオーバーシュートが発生している。
【０００７】
本発明の目的は、目標車速再設定時の車速のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑制することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態の自動車速制御を示す制御ブロック図６に対応づけて本発明を説明すると、
（１） 請求項１の発明は、目標車速Ｖsprに対する実車速Ｖspの応答性を規範モデルに一致させるモデルマッチング補償器を用いて、目標車速Ｖsprと実車速Ｖspとにより目標駆動力ｙ４を演算するとともに、外乱推定器を用いて目標駆動力ｙ１と実車速Ｖspとにより走行抵抗と道路勾配とが含まれる車両走行中の外乱を推定演算し、この外乱推定値により目標駆動力ｙ４を補正する自動車速制御装置に適用され、目標車速Ｖsprの再設定時には外乱推定器による推定演算を継続しながらモデルマッチング補償器を初期化することにより、上記目的を達成する。
（２） 請求項２の自動車速制御装置は、目標車速Ｖsprの再設定時には、モデルマッチング補償器へ入力される目標車速Ｖsprと実車速ＶspとにそれぞれオフセットＶsp0を加え、目標車速Ｖsprと実車速Ｖspをともに０にするようにしたものである。
【０００９】
上述した課題を解決するための手段の項では、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定されるものではない。
【００１０】
【発明の効果】
（１） 請求項１の発明によれば、目標車速の再設定時には外乱推定器による推定演算を継続しながらモデルマッチング補償器を初期化するようにしたので、目標車速の再設定直後に目標車速がステップ状に大きく変化しても、モデルマッチング補償器出力、すなわち目標車速と実車速とに基づいて演算される目標駆動力が目標車速再設定直後にいったん０にリセットされ、０から立ち上がる。一方、外乱推定器は目標車速再設定前から設定後にかけて推定演算を継続しており、走行抵抗と道路勾配とが含まれる目標車速再設定前の外乱推定値が初期化されないから、目標車速再設定後も外乱推定値による目標駆動力の補正が継続して行われる。したがって、請求項１の発明によれば、目標車速の再設定時に車速のオーバーシュートおよびアンダーシュートが抑制され、目標車速がステップ状に大きく変化しても実車速を目標車速に速やかに収束させることができる。
（２） 請求項２の発明によれば、目標車速の再設定時には、モデルマッチング補償器へ入力される目標車速と実車速とにそれぞれオフセットを加え、目標車速と実車速をともに０にするようにしたので、モデルマッチング補償器のフィルターをマイクロコンピューターのソフトウエア形態で実現することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上述したように、従来の自動車速制御装置では、コーストスイッチおよびアクセラレートスイッチによる目標車速の変更操作終了時とセットスイッチによる目標車速の再設定時に、目標車速がステップ状に変化して車速のオーバーシュートが発生していた。なお、コーストスイッチおよびアクセラレートスイッチによる目標車速の変更も目標車速を再設定することになるから、以下ではこれらをセットスイッチによる目標車速の再設定と合わせて単に「目標車速の再設定」と云うことにする。
【００１２】
車速のオーバーシュートを防止するために、コーストスイッチ、アクセラレートスイッチおよびセットスイッチによる目標車速の再設定時に、モデルマッチング補償器および外乱推定器を初期化して再スタートすることが考えられる。ところがそうすると、自動車速制御中に外乱推定器で得られた走行抵抗や道路勾配などの外乱推定値も初期化されるので、登降坂中の目標車速再設定時に目標車速への収束性が悪化してしまう。
【００１３】
図３は、登り坂でのコーストスイッチ操作終了時にモデルマッチング補償器と外乱推定器を初期化した場合の車速制御結果を示す。コーストスイッチ操作終了時に外乱推定器も初期化すると、特に登り坂の道路勾配が含まれる大きな外乱推定値が初期化されるので、道路勾配分の目標駆動力が不足することになり、コーストスイッチ操作終了後に車速のアンダーシュートが発生する。
【００１４】
また、図４は、登り坂でのセットスイッチによる目標車速再設定時にモデルマッチング補償器と外乱推定器を初期化した場合の車速制御結果を示す。セットスイッチによる目標車速再設定時に外乱推定器も初期化すると、特に登り坂の道路勾配が含まれる大きな外乱推定値が初期化されるので、道路勾配分の目標駆動力が不足することになり、セットスイッチによる目標車速再設定後に車速のアンダーシュートが発生する。
【００１５】
そこで本願発明では、コーストスイッチ、アクセラレートスイッチおよびセットスイッチによる目標車速の再設定時に、モデルマッチング補償器だけを初期化し、外乱推定器を初期化せずにその制御を継続させることにする。以下、図５〜図１５により本願発明の一実施の形態を説明する。
【００１６】
図５は一実施の形態の構成を示す。メインスイッチ１は、車速制御コントローラー１０、変速機コントローラー１１およびスロットルアクチュエーター１２ａへ電源を供給して自動車速制御装置を作動させる電源スイッチである。
【００１７】
セットスイッチ２は、現在の車速を目標車速に設定して自動車速制御を開始させるための操作スイッチである。アクセラレートスイッチ３は設定されている目標車速を上げるための操作スイッチであり、操作中は目標車速が連続的に増加し、操作を止めるとそのときの車速が目標車速に再設定されて自動車速制御が再開される。コーストスイッチ４は設定されている目標車速を下げるための操作スイッチであり、操作中は目標車速が連続的に減少し、操作を止めるとそのときの車速が目標車速に再設定されて自動車速制御が再開される。
【００１８】
キャンセルスイッチ５は自動車速制御を解除するためのスイッチである。ブレーキスイッチ６はブレーキペダル（不図示）を踏み込むと作動するスイッチであり、ブレーキスイッチ６の作動により自動車速制御を解除する。
【００１９】
車速センサー７は自動変速機１３の出力軸に取り付けられる電磁ピックアップ式センサーであり、変速機出力軸の回転速度に応じた車速パルス信号を発生する。この車速パルス信号の所定時間当たりのパルス数およびパルス周期に基づいて車両の走行速度Ｖspを検出することができる。スロットルセンサー８はエンジン１２のスロットルアクチュエーター１２ａに取り付けられるポテンショメーター型のセンサーであり、スロットルバルブ開度Ｔwに応じた信号を出力する。クランク角センサー９はエンジン１２に取り付けられ、エンジン回転速度Ｎeを検出する。
【００２０】
車速制御コントローラー１０はマイクロコンピューター１０ａや駆動回路１０ｂを備え、スイッチ２〜６の操作状態およびセンサー７〜９により検出された車両状態に基づいて、実車速が目標車速に一致するように制御する。車速制御コントローラー１０は、変速機コントローラー１１から「シフト位置情報」を入力し、変速機コントローラー１１へ「車速制御中信号」および「オーバードライブ（Ｏ／Ｄ）キャンセル要求信号」を出力する。車速制御コントローラー１０の駆動回路１０ｂはエンジン１２のスロットルアクチュエーター１２ａを駆動制御し、スロットルバルブ開度Ｔwを調節する。変速機コントローラー１１は、自動車速制御中は車速制御コントローラー１０からの変速指令にしたがって変速機１３の変速制御を行う。
【００２１】
図６は、一実施の形態の自動車速制御を示す制御ブロック図である。この図により、実車速Ｖspを目標車速Ｖsprに一致させるための目標駆動力ｙ４を演算し、さらに目標駆動力ｙ４を走行抵抗や道路勾配などの外乱推定値により補正して最終的な目標駆動力（以下、最終目標駆動力と呼ぶ）ｙ１を演算する方法を説明する。
【００２２】
この演算は、線形制御手法であるモデルマッチング手法と近似ゼロイング手法による車速フィードバック補償器を用いて行なう。車速フィードバック補償器に組み込まれる制御対象の車両モデル（数式化モデル）を、最終目標駆動力ｙ１を操作量とし、車速Ｖspを制御量としてモデル化することによって、相対的に応答性の速いエンジンやトルクコンバータの過渡特性、およびトルクコンバータの非線形定常特性を省略することができる。そして、例えば図７に示すような予め計測されたエンジン非線形定常特性データマップを用いて、車両の駆動力が最終目標駆動力ｙ１に一致するようなスロットルバルブ開度指令値Ｔwrを算出し、実際のスロットルバルブ開度Ｔwをサーボコントロールすることによって、エンジン１２の非線形定常特性を線形化することができる。
【００２３】
図７において、実線は実験により得られたエンジン非線形定常特性であり、破線は変化率を一部補正してエンジントルクがスロットルバルブ開度に対応するように拡張した特性データマップである。なお、図７はあるエンジン回転速度における特性データマップであり、エンジン回転速度ごとにこのような特性データマップが用意され、マイクロコンピューター１０ａのＲＯＭに記憶される。
【００２４】
最終目標駆動力ｙ１を入力とし、車速Ｖspを出力とする車両モデルは積分特性となり、車速フィードバック補償器ではこの車両モデルの伝達特性をパルス伝達関数Ｐ（ｚ-1）とおくことができる。
【００２５】
図６において、ｚは遅延演算子であり、ｚ-n（ｎ＝１，２，・・）を乗ずるとｎサンプリング周期前の値となる。また、Ｃ１（ｚ-1）、Ｃ２（ｚ-1）は近似ゼロイング手法による外乱推定器であり、外乱やモデル化誤差による影響を抑制する。さらに、Ｃ３（ｚ-1）、Ｃ４（ｚ-1）はモデルマッチング手法による補償器であり、車速指令値Ｖsprを入力とし実車速Ｖspを出力とした場合の制御対象の応答特性を、予め定めた一次遅れとむだ時間要素を持つ規範モデルＲ（ｚ-1）の特性に一致させる。この実施の形態では、Ｃ３（ｚ-1）を比例フィードバック補償器、Ｃ４（ｚ-1）を位相進み補償器（フィードフォワード補償器）とする。
【００２６】
制御対象の伝達特性は、パワートレインの遅れであるむだ時間を考慮する必要がある。最終目標駆動力ｙ１を入力とし実車速Ｖspを出力とする制御対象のパルス伝達関数Ｐ（ｚ-1）は、積分要素Ｐ１（ｚ-1）とむだ時間要素Ｐ２（ｚ-1）（＝ｚ-n）の積で表わすことができる。
【数１】
ここで、Ｔはサンプリング周期（この実施形態では５０msec）、Ｍは平均車重である。また、ｎは（むだ時間）／Ｔであり、整数値に近似したものである。
【００２７】
補償器Ｃ１（ｚ-1）を時定数Ｔcの１次ローパスフィルターとすると、Ｃ１（ｚ-1）は次式で表わされる。
【数２】
Ｃ１（ｚ-1）＝（１−γ）・ｚ-1／（１−γ・ｚ-1），
γ＝ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔc）
さらに、補償器Ｃ２（ｚ-1）はＣ１／Ｐ１として次式で表わされる。
【数３】
Ｃ２（ｚ-1）＝Ｍ・（１−γ）・（１−ｚ-1）／｛Ｔ・（１−γ・ｚ-1）｝
【００２８】
なお、補償器Ｃ２は、むだ時間要素Ｐ２を含まない車両モデルの逆系（１／Ｐ１）にローパスフィルターＣ１をかけたものであり、この補償器Ｃ２に実車速Ｖspを入力することによって実車速Ｖspに応じた駆動力、すなわち走行抵抗や道路勾配などの外乱が含まれない実車速Ｖspのみに応じた駆動力を求めることができる。
【００２９】
制御対象のむだ時間要素を無視して規範モデルＲ（ｚ-1）を時定数Ｔbの１次ローパスフィルターとし、中間規範モデルＦ（ｚ-1）を時定数Ｔaの１次ローパスフィルターとすると、モデルマッチング補償器Ｃ３（ｚ-1）およびＣ４（ｚ-1）は次式で表される。
【数４】
【００３０】
次に、実車速Ｖspを目標車速Ｖsprに一致させるための最終目標駆動力ｙ１の演算を、漸化式により示す。なお、変数ｙ(k-1)は変数ｙ(k)の一サンプリング周期前の値である。
【００３１】
モデルマッチング補償器の入力ｙ７とｙ８はそれぞれ、目標車速Ｖsprと実車速Ｖspをオフセットするための基準値Ｖsp0を用いて次式で表される。
【数５】
ｙ７(k)＝Ｖspr(k)−Ｖsp0，
ｙ８(k)＝Ｖsp(k)−Ｖsp0
また、位相進み補償器Ｃ４（ｚ-1）の出力ｙ６は次式により演算される。
【数６】
さらに、比例フィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の出力、すなわち目標駆動力ｙ４(k)は次式により求められる。
【数７】
ｙ４(k)＝Ｋ・｛ｙ６(k)−ｙ８(k)｝
【００３２】
一方、外乱推定器では、リミッターにより最終目標駆動力ｙ１(k)を最大駆動力Ｆmaxと最小駆動力Ｆminに制限して駆動力ｙ５(k)を求める。図８に示すようなスロットルバルブ全開時および全閉時のエンジン回転速度Ｎeに対するエンジントルクＴeのデータを用いて、最大エンジントルクＴemaxと最小エンジントルクＴeminを求める。さらに、次式により最大駆動力Ｆmaxと最小駆動力Ｆminを求める。
【数８】
Ｆmax＝（Ｔemax・Ｇm・Ｇf）／Ｒt，
Ｆmin＝（Ｔemin・Ｇm・Ｇf）／Ｒt
ここで、Ｇmは変速機１３のギア比、Ｇfはファイナルギア比、Ｒtはタイヤの有効半径である。そして、最終目標駆動力ｙ１(k)を、最大駆動力Ｆmaxと最小駆動力Ｆminで制限して駆動力ｙ５(k)を求める。
【数９】
ｙ１(k)≧Ｆmaxの場合は、ｙ５(k)＝Ｆmax，
ｙ１(k)≦Ｆminの場合は、ｙ５(k)＝Ｆmin，
Ｆmin＜ｙ１(k)＜Ｆmaxの場合は、ｙ５(k)＝ｙ１(k)
【００３３】
補償器Ｃ１（ｚ-1）は１次ローパスフィルターであるから、駆動力ｙ２(k)はリミッター処理後の駆動力ｙ５(k)をローパスフィルター処理した駆動力である。
【数１０】
ｙ２(k)＝γ・ｙ２(k-1)＋（１−γ）・ｙ５(k-1)，
γ＝ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔc）
この駆動力ｙ２(k)にむだ時間要素ｚ-nを乗じた駆動力ｙ２(k-n)は駆動力ｙ２(k)のｎサンプリング周期前の値であり、パワートレインの遅れ（むだ時間）を考慮したパワートレインの現在の駆動力と見なすことができる。
【００３４】
これに対し駆動力ｙ３(k)は実車速Ｖspに応じた駆動力、すなわち走行抵抗などの外乱が含まれない実車速Ｖspのみに応じた現在の駆動力である。
【数１１】
【００３５】
したがって、走行抵抗などの外乱が含まれない駆動力ｙ３(k)からパワートレインの駆動力ｙ２(k-n)を減じた値｛ｙ３(k)−ｙ２(k-n)｝は、走行抵抗や道路勾配などの外乱分に相当することになり、これを外乱推定値とする。
【００３６】
最後に、モデルマッチング補償器から出力される目標駆動力ｙ４(k)から外乱推定値｛ｙ３(k)−ｙ２(k-n)｝を減じて補正し、最終目標駆動力ｙ１(k)を求める。
【数１２】
ｙ１(k)＝ｙ４(k)−｛ｙ３(k)−ｙ２(k-n)｝
【００３７】
図９は自動車速制御プログラムを示すフローチャートである。また、図１０はアクセラレート処理ルーチンを示すフローチャート、図１１はコースト処理ルーチンを示すフローチャートである。これらのフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。
【００３８】
車速制御コントローラー１０のマイクロコンピューター１０ａは、所定時間（例えば５０msec）ごとに図９に示す自動車速制御プログラムを実行する。ステップ１において、車速センサー７により車速Ｖspを、クランク角センサー９によりエンジン回転速度Ｎeを、スロットルセンサー８によりスロットルバルブ開度Ｔwをそれぞれ検出する。ステップ２ではキャンセルスイッチ５およびブレーキスイッチ６により自動車速制御を解除する操作がなされたかどうかを確認し、解除操作がなされた場合はステップ１３へ進み、そうでなければステップ３へ進む。自動車速制御の解除操作がなされていない場合は、ステップ３でセットスイッチ２により目標車速の設定と自動車速制御の開始操作がなされたかどうかを確認する。目標車速の設定と自動車速制御の開始操作がなされた場合はステップ４へ進み、そうでなければステップ７へ進む。
【００３９】
目標車速の設定と自動車速制御の開始操作がなされた場合は、ステップ４において、ステップ１で検出した現在の車速Ｖspを目標車速Ｖsprに設定し、続くステップ５で自動車速制御中フラグをセットする。
【００４０】
ステップ６において、モデルマッチング補償器を初期化する。具体的には、位相進みフィードフォワード補償器Ｃ４（ｚ-1）が保持している１サンプリング周期前の入力ｙ７(k-1)と出力ｙ６(k-1)を、ともに初期値０にリセットする。同時に、位相進み補償器Ｃ４（ｚ-1）の入力である現在の目標車速Ｖspr(k)と、比例フィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の入力である現在の車速Ｖsp(k)とをオフセットするために、基準値Ｖsp0に現在の車速Ｖsp(k)を設定する。これにより、数式５から明らかなようにｙ７(k)とｙ８(k)をともに初期値０にリセットすることができる。
【００４１】
この結果、比例フィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の入力ｙ６とｙ８が同時に０にリセットされるので、比例ゲインＫのみから構成されるフィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の出力ｙ４も０となる。つまり、この実施の形態では、セットスイッチ２による目標車速の再設定時に外乱推定器による推定演算を継続しながらモデルマッチング補償器を初期化する。以上でセットスイッチ２による目標車速の設定または再設定時の自動車速制御を終了する。
【００４２】
自動車速制御の解除操作がなく、また自動車速制御の設定操作もない場合は、ステップ７で自動車速制御フラグがセット（ＯＮ）されているかどうかを確認し、セットされている場合はステップ８へ進み、セットされていない場合はステップ１４へ進む。自動車速制御フラグがセットされており、自動車速制御中の場合は、ステップ８で図１０に示すアクセラレート処理ルーチンを実行し、アクセラレートスイッチ３が操作されている間、目標車速Ｖsprを増加する。このアクセラレート処理については後述する。続くステップ９では図１１に示すコースト処理ルーチンを実行し、コーストスイッチ４が操作されている間、目標車速Ｖsprを低減する。このコースト処理ついては後述する。
【００４３】
ステップ１０において、上述した演算方法により実車速Ｖspを目標車速Ｖsprに一致させるための最終目標駆動力ｙ１(k)を演算する。続くステップ１１では最終目標駆動力ｙ１(k)に基づいて次式により目標エンジントルクＴerを演算する。
【数１３】
Ｔer＝ｙ１(k)・Ｒt／（Ｇm・Ｇf）
上述したように、Ｇmは変速機１３のギア比、Ｇfはファイナルギア比、Ｒtはタイヤの有効半径である。
【００４４】
ステップ１２で、予めマイクロコンピューター１０ａのＲＯＭに記憶されたエンジン非線形定常特性データマップ（例えば図７参照）を用いて、現在のエンジン回転速度Ｎeと上記目標エンジントルクＴerに対応する目標スロットルバルブ開度Ｔwrを表引き演算する。
【００４５】
一方、自動車速制御の解除操作が行われた場合は、ステップ１３で自動車速制御中フラグをクリアし、続くステップ１４でモデルマッチング補償器、外乱推定器などの車速制御に関わるすべての変数を初期値にリセットする。
【００４６】
次に、図１０に示すアクセラレート処理ルーチンにより、目標車速の増加処理を説明する。ステップ２１において、アクセラレートスイッチ３により目標車速Ｖsprを増加させる操作（以下、増速操作と呼ぶ）がなされているかどうかを確認し、増速操作がなされているときはステップ２６へ進み、そうでなければステップ２２へ進む。
【００４７】
増速操作がなされているときは、ステップ２６でアクセラレート制御中フラグをセットし、続くステップ２７で目標車速Ｖsprに所定値ΔＶを加算して処理を終了する。したがって、アクセラレートスイッチ３が操作されているときは、図９に示す自動車速制御プログラムの実行間隔５０msecごとに目標車速ＶsprがΔＶずつ上がることになる。
【００４８】
増速操作がなされていないときは、ステップ２２でアクセラレート制御中フラグがセットされているかどうかを確認し、セットされているときはステップ２３へ進み、セットされていなければアクセラレート処理を終了する。
【００４９】
アクセラレートスイッチ３がオフ（解放）され、かつアクセラレート制御中フラグがセットされているときは、目標車速Ｖsprの増加操作が終了した直後である。したがって、ステップ２３で、まず目標車速Ｖsprに図９のステップ１で検出した現在の車速Ｖspを設定し、続くステップ２４でアクセラレート制御中フラグをクリアする。
【００５０】
目標車速Ｖsprを増加するためのアクセラレートスイッチ操作が終了したときに、目標車速Ｖsprに現在の車速Ｖspを設定した後、ステップ２５でモデルマッチング補償器を初期化する。具体的には、位相進みフィードフォワード補償器Ｃ４（ｚ-1）が保持している１サンプリング周期前の入力ｙ７(k-1)と出力ｙ６(k-1)を、ともに初期値０にリセットする。同時に、位相進み補償器Ｃ４（ｚ-1）の入力である現在の目標車速Ｖspr(k)と、比例フィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の入力である現在の車速Ｖsp(k)とをオフセットするために、基準値Ｖsp0に現在の車速Ｖsp(k)を設定する。これにより、数式５から明らかなようにｙ７(k)とｙ８(k)をともに初期値０にリセットすることができる。
【００５１】
この結果、比例フィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の入力ｙ６とｙ８が同時に０にリセットされるので、比例ゲインＫのみから構成されるフィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の出力ｙ４も０となる。つまり、この一実施の形態では、アクセラレートスイッチ３による目標車速の再設定時に外乱推定器による推定演算を継続しながらモデルマッチング補償器を初期化する。以上でアクセラレート処理を終了する。
【００５２】
次に、図１１に示すコースト処理ルーチンにより、目標車速Ｖsprの低減処理を説明する。ステップ３１において、コーストスイッチ４により目標車速Ｖsprの低減操作（以下、減速操作と呼ぶ）がなされているかどうかを確認し、減速操作がなされているときはステップ３６へ進み、そうでなければステップ３２へ進む。
【００５３】
減速操作がなされているときは、ステップ３６でコースト制御中フラグをセットし、続くステップ３７で目標車速Ｖsprから所定値ΔＶを減算して処理を終了する。したがって、コーストスイッチ４が操作されているときは、図９に示す自動車速制御プログラムの実行間隔５０msecごとに目標車速ＶsprがΔＶずつ下がることになる。
【００５４】
減速操作がなされていないときは、ステップ３２でコースト制御中フラグがセットされているかどうかを確認し、セットされているときはステップ３３へ進み、セットされていなければコースト処理を終了する。
【００５５】
コーストスイッチ４がオフ（解放）され、かつコースト制御中フラグがセットされているときは、目標車速Ｖsprの低減操作が終了した直後である。したがって、ステップ３３で、まず目標車速Ｖsprに図９のステップ１で検出した現在の車速Ｖspを設定し、続くステップ３４でコースト制御中フラグをクリアする。
【００５６】
目標車速Ｖsprを低減するためのコーストスイッチ操作が終了したときに、目標車速Ｖsprに現在の車速Ｖspを設定した後、ステップ３５でモデルマッチング補償器を初期化する。具体的には、位相進みフィードフォワード補償器Ｃ４（ｚ-1）が保持している１サンプリング周期前の入力ｙ７(k-1)と出力ｙ６(k-1)を、ともに初期値０にリセットする。同時に、位相進み補償器Ｃ４（ｚ-1）の入力である現在の目標車速Ｖspr(k)と、比例フィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の入力である現在の車速Ｖsp(k)とをオフセットするために、基準値Ｖsp0に現在の車速Ｖsp(k)を設定する。これにより、数式５から明らかなようにｙ７(k)とｙ８(k)をともに初期値０にリセットすることができる。
【００５７】
この結果、比例フィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の入力ｙ６とｙ８が同時に０にリセットされるので、比例ゲインＫのみから構成されるフィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の出力ｙ４も０となる。つまり、この一実施の形態では、コーストスイッチ４による目標車速の再設定時に外乱推定器による推定演算を継続しながらモデルマッチング補償器を初期化する。以上でコースト処理を終了する。
【００５８】
図１２は、上述した一実施の形態による平坦路でのコーストスイッチ操作（減速操作）終了時の自動車速制御結果を示す図であり、図１に示す従来の装置の制御結果に対応するものである。目標車速Ｖsprを低減するためのコーストスイッチ操作中に、エンジンブレーキ力が飽和して目標車速Ｖsprと実車速Ｖspとの差が拡大した状態で、運転者がコーストスイッチ操作を終了すると、目標車速Ｖsprが実車速Ｖspまで大きくステップ状に変化する。このため、従来の装置では図１に示すようにコーストスイッチ操作終了直後に車速のオーバーシュートが発生する。
【００５９】
上述した一実施の形態によれば、図１１のステップ３５の処理を行って車速のオーバーシュートを防止する。つまり、コーストスイッチ４による目標車速の再設定時に外乱推定器による推定演算を継続しながらモデルマッチング補償器を初期化するので、スイッチ操作終了直後に目標車速Ｖsprが大きくステップ状に変化しても、モデルマッチング補償器の出力、すなわち目標駆動力ｙ４が０から立ち上がる。したがって、この一実施の形態では図１に示すような車速のオーバーシュートは発生せず、わずかな車速アンダーシュートがあっても実車速Ｖspが目標車速Ｖsprに速やかに収束する。
【００６０】
図１３は、上述した一実施の形態による平坦路でのセットスイッチによる目標車速の再設定操作時の自動車速制御結果を示す図であり、図２に示す従来の装置の制御結果に対応するものである。自動車速制御中に運転者が一時的にアクセルペダルを踏んで加速した場合に、実車速Ｖspが目標車速Ｖsprを大きく上まわることがある。この状態で運転者がセットスイッチ２を操作して目標車速Ｖsprの再設定を行うと、目標車速Ｖsprが実車速Ｖspまで大きくステップ状に変化するため、従来の装置では図２に示すようにセットスイッチ操作直後に車速のオーバーシュートが発生する。
【００６１】
上述した一実施の形態によれば、図９のステップ６の処理を行って車速のオーバーシュートを防止する。つまり、セットスイッチ２による目標車速の再設定時に外乱推定器による推定演算を継続しながらモデルマッチング補償器を初期化するので、スイッチ操作終了直後に目標車速Ｖsprが大きくステップ状に変化しても、モデルマッチング補償器の出力、すなわち目標駆動力ｙ４が０から立ち上がる。したがって、この一実施の形態では図２に示すような車速のオーバーシュートは発生せず、わずかな車速アンダーシュートがあっても実車速Ｖspが目標車速Ｖsprに速やかに収束する。
【００６２】
図１４は、上述した一実施の形態による登り坂でのコーストスイッチ操作終了時の自動車速制御結果を示す図であり、図３に示すコーストスイッチ操作終了時にモデルマッチング補償器と外乱推定器とをともに初期化した場合の車速制御結果に対応するものである。コーストスイッチ操作終了時にモデルマッチング補償器と外乱推定器とをともに初期化すると、登り坂の道路勾配が含まれる大きな外乱推定値も初期化されるので、図３に示すようにコーストスイッチ操作終了後に大きな車速アンダーシュートが発生する。この一実施の形態によれば、コーストスイッチ操作終了時にモデルマッチング補償器のみを初期化し、外乱推定器は初期化しないので、登り坂の道路勾配が含まれる外乱推定値が失われず、図１４に示すようにコーストスイッチ操作終了後に大きな車速アンダーシュートは発生せず、わずかなアンダーシュートがあるが実車速Ｖspが目標車速Ｖsprに速やかに収束する。
【００６３】
図１５は、上述した一実施の形態による登り坂でのセットスイッチによる目標車速の再設定時の自動車速制御結果を示す図であり、図４に示すセットスイッチによる目標車速の再設定時にモデルマッチング補償器と外乱推定器とをともに初期化した場合の車速制御結果に対応するものである。セットスイッチによる目標車速の再設定時にモデルマッチング補償器と外乱推定器とをともに初期化すると、登り坂の道路勾配が含まれる大きな外乱推定値も初期化されるので、図４に示すようにセットスイッチによる目標車速の再設定時に大きな車速アンダーシュートが発生する。この一実施の形態によれば、セットスイッチによる目標車速の再設定時にモデルマッチング補償器のみを初期化し、外乱推定器は初期化しないので、登り坂の道路勾配が含まれる外乱推定値が失われず、図１５に示すようにセットスイッチによる目標車速の再設定時に大きな車速アンダーシュートは発生せず、わずかなアンダーシュートがあるが実車速Ｖspが目標車速Ｖsprに速やかに収束する。
【００６４】
なお、アクセラレートスイッチ操作終了時の制御結果については図示と説明を省略するが、上述したコーストスイッチ操作終了時と同様に、大きな車速のオーバーシュート、アンダーシュートが発生せず、実車速Ｖspが目標車速Ｖsprに速やかに収束する。
【００６５】
上述した一実施の形態では、目標車速の再設定時にモデルマッチング補償器へ入力される目標車速Ｖsprと実車速ＶspにそれぞれオフセットＶsp0を加え、目標車速Ｖsprと実車速Ｖspをともに０にするようにしたので、モデルマッチング補償器のフィルターをマイクロコンピューターのソフトウエア形態で実現することができる。
【００６６】
上述した一実施の形態ではフィードフォワード補償器とフィードバック補償器とを有するモデルマッチング補償器を例に上げて説明したが、フィードバック補償器のみを有するモデルマッチング補償器を備えた自動車速制御装置に対しても本発明を適用することができ、上述したと同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の自動車速制御装置によるコーストスイッチ操作終了時の車速制御結果を示す図である。
【図２】 従来の自動車速制御装置による一時加速中のセットスイッチ操作時の車速制御結果を示す図である。
【図３】 登り坂でのコーストスイッチ操作終了時にモデルマッチング補償器と外乱推定器とをともに初期化した場合の車速制御結果を示す図である。
【図４】 登り坂でのセットスイッチによる目標車速の再設定時にモデルマッチング補償器と外乱推定器とをともに初期化した場合の車速制御結果を示す図である。
【図５】 一実施の形態の構成を示す図である。
【図６】 一実施の形態の自動車速制御を示す制御ブロック図である。
【図７】 エンジン非線形定常特性データマップを示す図である。
【図８】 スロットルバルブ全開時および全閉時のエンジン回転速度に対するエンジントルクのデータを示す図である。
【図９】 一実施の形態の自動車速制御を示すフローチャートである。
【図１０】 一実施の形態のアクセラレート処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】 一実施の形態のコースト処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】 一実施の形態の平坦路でのコーストスイッチ操作終了時の車速制御結果を示す図である。
【図１３】 一実施の形態の平坦路での一時加速中のセットスイッチ操作時の車速制御結果を示す図である。
【図１４】 一実施の形態の登り坂でのコーストスイッチ操作終了時の車速制御結果を示す図である。
【図１５】 一実施の形態の登り坂での一時加速中のセットスイッチ操作時の車速制御結果を示す図である。
【符号の説明】
１ メインスイッチ
２ セットスイッチ
３ アクセラレートスイッチ
４ コーストスイッチ
５ キャンセルスイッチ
６ ブレーキスイッチ
７ 車速センサー
８ スロットルセンサー
９ クランク角センサー
１０ 車速制御コントローラー
１０ａ マイクロコンピューター
１０ｂ 駆動回路
１１ 変速機コントローラー
１２ エンジン
１２ａ スロットルアクチュエーター
１３ 変速機
【発明の属する技術分野】
本発明は車両の速度を自動制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
目標車速に対する実車速の応答性を特定の規範モデルに一致させるモデルマッチング補償器を用いて、目標車速と実車速とにより目標駆動力を演算するとともに、外乱推定器により目標駆動力と実車速とにより走行抵抗や道路勾配などの車両走行にともなう外乱を推定演算し、この外乱推定値により目標駆動力を補正するようにした車両用自動車速制御装置が知られている（例えば、特開平０８−２０７６１９号公報参照）。この装置はいわゆる二自由度制御系であり、目標車速に対する実車速の応答性を補償するモデルマッチング補償器と、外乱に対するロバスト性を補償する外乱推定器とが別個に構成されている。
【０００３】
また、上述したモデルマッチング補償器を、フィードフォワード型補償器（位相進み補償器）とフィードバック型補償器（比例フィードバック補償器）とに分けて構成する自動車速制御装置も知られている（例えば、特開２０００−０７１８０７号公報参照）。この装置では、フィードバック補償器だけでモデルマッチング補償を行うと応答性と安定性の両立が困難な場合があり、これを改善するために閉ループ系の安定性を悪化させないフィードフォワード型補償器を併用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、モデルマッチング補償器を用いた自動車速制御装置では、次のような問題がある。
【０００５】
コーストスイッチにより目標車速を下げて減速する操作を終了したとき、また、アクセラレートスイッチにより目標車速を上げて増速する操作を終了したとき、さらに、自動車速制御中に乗員がアクセルペダルを踏んで手動で加速し、セットスイッチにより目標車速の再設定操作をしたときには、現在の車速を目標車速に強制的に再設定するので目標車速がステップ状に大きく変化することがある。目標車速がステップ状に変化すると、モデルマッチング補償器出力の目標駆動力が大きく変化し、そのために車速のオーバーシュートまたはアンダーシュートが発生する。特に、上述した後者の自動車速制御装置では、フィードフォワード補償器（位相進み補償器）が過度に動作するため、大きな車速オーバーシュートまたはアンダーシュートが発生する。
【０００６】
図１は、コーストスイッチ操作終了時の従来の自動車速制御装置の制御結果を示す。コーストスイッチ操作終了時に、そのときの車速が目標車速に再設定されて目標車速がステップ状に大きく変化し、車速のオーバーシュートが発生している。また、図２は、自動車速制御中に手動で加速してセットスイッチにより目標車速を再設定したときの、従来の自動車速制御装置の制御結果を示す。セットスイッチ操作時に、そのときの車速が目標車速に再設定されて目標車速がステップ状に大きく変化し、車速のオーバーシュートが発生している。
【０００７】
本発明の目的は、目標車速再設定時の車速のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑制することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態の自動車速制御を示す制御ブロック図６に対応づけて本発明を説明すると、
（１） 請求項１の発明は、目標車速Ｖsprに対する実車速Ｖspの応答性を規範モデルに一致させるモデルマッチング補償器を用いて、目標車速Ｖsprと実車速Ｖspとにより目標駆動力ｙ４を演算するとともに、外乱推定器を用いて目標駆動力ｙ１と実車速Ｖspとにより走行抵抗と道路勾配とが含まれる車両走行中の外乱を推定演算し、この外乱推定値により目標駆動力ｙ４を補正する自動車速制御装置に適用され、目標車速Ｖsprの再設定時には外乱推定器による推定演算を継続しながらモデルマッチング補償器を初期化することにより、上記目的を達成する。
（２） 請求項２の自動車速制御装置は、目標車速Ｖsprの再設定時には、モデルマッチング補償器へ入力される目標車速Ｖsprと実車速ＶspとにそれぞれオフセットＶsp0を加え、目標車速Ｖsprと実車速Ｖspをともに０にするようにしたものである。
【０００９】
上述した課題を解決するための手段の項では、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定されるものではない。
【００１０】
【発明の効果】
（１） 請求項１の発明によれば、目標車速の再設定時には外乱推定器による推定演算を継続しながらモデルマッチング補償器を初期化するようにしたので、目標車速の再設定直後に目標車速がステップ状に大きく変化しても、モデルマッチング補償器出力、すなわち目標車速と実車速とに基づいて演算される目標駆動力が目標車速再設定直後にいったん０にリセットされ、０から立ち上がる。一方、外乱推定器は目標車速再設定前から設定後にかけて推定演算を継続しており、走行抵抗と道路勾配とが含まれる目標車速再設定前の外乱推定値が初期化されないから、目標車速再設定後も外乱推定値による目標駆動力の補正が継続して行われる。したがって、請求項１の発明によれば、目標車速の再設定時に車速のオーバーシュートおよびアンダーシュートが抑制され、目標車速がステップ状に大きく変化しても実車速を目標車速に速やかに収束させることができる。
（２） 請求項２の発明によれば、目標車速の再設定時には、モデルマッチング補償器へ入力される目標車速と実車速とにそれぞれオフセットを加え、目標車速と実車速をともに０にするようにしたので、モデルマッチング補償器のフィルターをマイクロコンピューターのソフトウエア形態で実現することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上述したように、従来の自動車速制御装置では、コーストスイッチおよびアクセラレートスイッチによる目標車速の変更操作終了時とセットスイッチによる目標車速の再設定時に、目標車速がステップ状に変化して車速のオーバーシュートが発生していた。なお、コーストスイッチおよびアクセラレートスイッチによる目標車速の変更も目標車速を再設定することになるから、以下ではこれらをセットスイッチによる目標車速の再設定と合わせて単に「目標車速の再設定」と云うことにする。
【００１２】
車速のオーバーシュートを防止するために、コーストスイッチ、アクセラレートスイッチおよびセットスイッチによる目標車速の再設定時に、モデルマッチング補償器および外乱推定器を初期化して再スタートすることが考えられる。ところがそうすると、自動車速制御中に外乱推定器で得られた走行抵抗や道路勾配などの外乱推定値も初期化されるので、登降坂中の目標車速再設定時に目標車速への収束性が悪化してしまう。
【００１３】
図３は、登り坂でのコーストスイッチ操作終了時にモデルマッチング補償器と外乱推定器を初期化した場合の車速制御結果を示す。コーストスイッチ操作終了時に外乱推定器も初期化すると、特に登り坂の道路勾配が含まれる大きな外乱推定値が初期化されるので、道路勾配分の目標駆動力が不足することになり、コーストスイッチ操作終了後に車速のアンダーシュートが発生する。
【００１４】
また、図４は、登り坂でのセットスイッチによる目標車速再設定時にモデルマッチング補償器と外乱推定器を初期化した場合の車速制御結果を示す。セットスイッチによる目標車速再設定時に外乱推定器も初期化すると、特に登り坂の道路勾配が含まれる大きな外乱推定値が初期化されるので、道路勾配分の目標駆動力が不足することになり、セットスイッチによる目標車速再設定後に車速のアンダーシュートが発生する。
【００１５】
そこで本願発明では、コーストスイッチ、アクセラレートスイッチおよびセットスイッチによる目標車速の再設定時に、モデルマッチング補償器だけを初期化し、外乱推定器を初期化せずにその制御を継続させることにする。以下、図５〜図１５により本願発明の一実施の形態を説明する。
【００１６】
図５は一実施の形態の構成を示す。メインスイッチ１は、車速制御コントローラー１０、変速機コントローラー１１およびスロットルアクチュエーター１２ａへ電源を供給して自動車速制御装置を作動させる電源スイッチである。
【００１７】
セットスイッチ２は、現在の車速を目標車速に設定して自動車速制御を開始させるための操作スイッチである。アクセラレートスイッチ３は設定されている目標車速を上げるための操作スイッチであり、操作中は目標車速が連続的に増加し、操作を止めるとそのときの車速が目標車速に再設定されて自動車速制御が再開される。コーストスイッチ４は設定されている目標車速を下げるための操作スイッチであり、操作中は目標車速が連続的に減少し、操作を止めるとそのときの車速が目標車速に再設定されて自動車速制御が再開される。
【００１８】
キャンセルスイッチ５は自動車速制御を解除するためのスイッチである。ブレーキスイッチ６はブレーキペダル（不図示）を踏み込むと作動するスイッチであり、ブレーキスイッチ６の作動により自動車速制御を解除する。
【００１９】
車速センサー７は自動変速機１３の出力軸に取り付けられる電磁ピックアップ式センサーであり、変速機出力軸の回転速度に応じた車速パルス信号を発生する。この車速パルス信号の所定時間当たりのパルス数およびパルス周期に基づいて車両の走行速度Ｖspを検出することができる。スロットルセンサー８はエンジン１２のスロットルアクチュエーター１２ａに取り付けられるポテンショメーター型のセンサーであり、スロットルバルブ開度Ｔwに応じた信号を出力する。クランク角センサー９はエンジン１２に取り付けられ、エンジン回転速度Ｎeを検出する。
【００２０】
車速制御コントローラー１０はマイクロコンピューター１０ａや駆動回路１０ｂを備え、スイッチ２〜６の操作状態およびセンサー７〜９により検出された車両状態に基づいて、実車速が目標車速に一致するように制御する。車速制御コントローラー１０は、変速機コントローラー１１から「シフト位置情報」を入力し、変速機コントローラー１１へ「車速制御中信号」および「オーバードライブ（Ｏ／Ｄ）キャンセル要求信号」を出力する。車速制御コントローラー１０の駆動回路１０ｂはエンジン１２のスロットルアクチュエーター１２ａを駆動制御し、スロットルバルブ開度Ｔwを調節する。変速機コントローラー１１は、自動車速制御中は車速制御コントローラー１０からの変速指令にしたがって変速機１３の変速制御を行う。
【００２１】
図６は、一実施の形態の自動車速制御を示す制御ブロック図である。この図により、実車速Ｖspを目標車速Ｖsprに一致させるための目標駆動力ｙ４を演算し、さらに目標駆動力ｙ４を走行抵抗や道路勾配などの外乱推定値により補正して最終的な目標駆動力（以下、最終目標駆動力と呼ぶ）ｙ１を演算する方法を説明する。
【００２２】
この演算は、線形制御手法であるモデルマッチング手法と近似ゼロイング手法による車速フィードバック補償器を用いて行なう。車速フィードバック補償器に組み込まれる制御対象の車両モデル（数式化モデル）を、最終目標駆動力ｙ１を操作量とし、車速Ｖspを制御量としてモデル化することによって、相対的に応答性の速いエンジンやトルクコンバータの過渡特性、およびトルクコンバータの非線形定常特性を省略することができる。そして、例えば図７に示すような予め計測されたエンジン非線形定常特性データマップを用いて、車両の駆動力が最終目標駆動力ｙ１に一致するようなスロットルバルブ開度指令値Ｔwrを算出し、実際のスロットルバルブ開度Ｔwをサーボコントロールすることによって、エンジン１２の非線形定常特性を線形化することができる。
【００２３】
図７において、実線は実験により得られたエンジン非線形定常特性であり、破線は変化率を一部補正してエンジントルクがスロットルバルブ開度に対応するように拡張した特性データマップである。なお、図７はあるエンジン回転速度における特性データマップであり、エンジン回転速度ごとにこのような特性データマップが用意され、マイクロコンピューター１０ａのＲＯＭに記憶される。
【００２４】
最終目標駆動力ｙ１を入力とし、車速Ｖspを出力とする車両モデルは積分特性となり、車速フィードバック補償器ではこの車両モデルの伝達特性をパルス伝達関数Ｐ（ｚ-1）とおくことができる。
【００２５】
図６において、ｚは遅延演算子であり、ｚ-n（ｎ＝１，２，・・）を乗ずるとｎサンプリング周期前の値となる。また、Ｃ１（ｚ-1）、Ｃ２（ｚ-1）は近似ゼロイング手法による外乱推定器であり、外乱やモデル化誤差による影響を抑制する。さらに、Ｃ３（ｚ-1）、Ｃ４（ｚ-1）はモデルマッチング手法による補償器であり、車速指令値Ｖsprを入力とし実車速Ｖspを出力とした場合の制御対象の応答特性を、予め定めた一次遅れとむだ時間要素を持つ規範モデルＲ（ｚ-1）の特性に一致させる。この実施の形態では、Ｃ３（ｚ-1）を比例フィードバック補償器、Ｃ４（ｚ-1）を位相進み補償器（フィードフォワード補償器）とする。
【００２６】
制御対象の伝達特性は、パワートレインの遅れであるむだ時間を考慮する必要がある。最終目標駆動力ｙ１を入力とし実車速Ｖspを出力とする制御対象のパルス伝達関数Ｐ（ｚ-1）は、積分要素Ｐ１（ｚ-1）とむだ時間要素Ｐ２（ｚ-1）（＝ｚ-n）の積で表わすことができる。
【数１】
【００２７】
補償器Ｃ１（ｚ-1）を時定数Ｔcの１次ローパスフィルターとすると、Ｃ１（ｚ-1）は次式で表わされる。
【数２】
Ｃ１（ｚ-1）＝（１−γ）・ｚ-1／（１−γ・ｚ-1），
γ＝ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔc）
さらに、補償器Ｃ２（ｚ-1）はＣ１／Ｐ１として次式で表わされる。
【数３】
Ｃ２（ｚ-1）＝Ｍ・（１−γ）・（１−ｚ-1）／｛Ｔ・（１−γ・ｚ-1）｝
【００２８】
なお、補償器Ｃ２は、むだ時間要素Ｐ２を含まない車両モデルの逆系（１／Ｐ１）にローパスフィルターＣ１をかけたものであり、この補償器Ｃ２に実車速Ｖspを入力することによって実車速Ｖspに応じた駆動力、すなわち走行抵抗や道路勾配などの外乱が含まれない実車速Ｖspのみに応じた駆動力を求めることができる。
【００２９】
制御対象のむだ時間要素を無視して規範モデルＲ（ｚ-1）を時定数Ｔbの１次ローパスフィルターとし、中間規範モデルＦ（ｚ-1）を時定数Ｔaの１次ローパスフィルターとすると、モデルマッチング補償器Ｃ３（ｚ-1）およびＣ４（ｚ-1）は次式で表される。
【数４】
次に、実車速Ｖspを目標車速Ｖsprに一致させるための最終目標駆動力ｙ１の演算を、漸化式により示す。なお、変数ｙ(k-1)は変数ｙ(k)の一サンプリング周期前の値である。
【００３１】
モデルマッチング補償器の入力ｙ７とｙ８はそれぞれ、目標車速Ｖsprと実車速Ｖspをオフセットするための基準値Ｖsp0を用いて次式で表される。
【数５】
ｙ７(k)＝Ｖspr(k)−Ｖsp0，
ｙ８(k)＝Ｖsp(k)−Ｖsp0
また、位相進み補償器Ｃ４（ｚ-1）の出力ｙ６は次式により演算される。
【数６】
【数７】
ｙ４(k)＝Ｋ・｛ｙ６(k)−ｙ８(k)｝
【００３２】
一方、外乱推定器では、リミッターにより最終目標駆動力ｙ１(k)を最大駆動力Ｆmaxと最小駆動力Ｆminに制限して駆動力ｙ５(k)を求める。図８に示すようなスロットルバルブ全開時および全閉時のエンジン回転速度Ｎeに対するエンジントルクＴeのデータを用いて、最大エンジントルクＴemaxと最小エンジントルクＴeminを求める。さらに、次式により最大駆動力Ｆmaxと最小駆動力Ｆminを求める。
【数８】
Ｆmax＝（Ｔemax・Ｇm・Ｇf）／Ｒt，
Ｆmin＝（Ｔemin・Ｇm・Ｇf）／Ｒt
ここで、Ｇmは変速機１３のギア比、Ｇfはファイナルギア比、Ｒtはタイヤの有効半径である。そして、最終目標駆動力ｙ１(k)を、最大駆動力Ｆmaxと最小駆動力Ｆminで制限して駆動力ｙ５(k)を求める。
【数９】
ｙ１(k)≧Ｆmaxの場合は、ｙ５(k)＝Ｆmax，
ｙ１(k)≦Ｆminの場合は、ｙ５(k)＝Ｆmin，
Ｆmin＜ｙ１(k)＜Ｆmaxの場合は、ｙ５(k)＝ｙ１(k)
【００３３】
補償器Ｃ１（ｚ-1）は１次ローパスフィルターであるから、駆動力ｙ２(k)はリミッター処理後の駆動力ｙ５(k)をローパスフィルター処理した駆動力である。
【数１０】
ｙ２(k)＝γ・ｙ２(k-1)＋（１−γ）・ｙ５(k-1)，
γ＝ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔc）
この駆動力ｙ２(k)にむだ時間要素ｚ-nを乗じた駆動力ｙ２(k-n)は駆動力ｙ２(k)のｎサンプリング周期前の値であり、パワートレインの遅れ（むだ時間）を考慮したパワートレインの現在の駆動力と見なすことができる。
【００３４】
これに対し駆動力ｙ３(k)は実車速Ｖspに応じた駆動力、すなわち走行抵抗などの外乱が含まれない実車速Ｖspのみに応じた現在の駆動力である。
【数１１】
したがって、走行抵抗などの外乱が含まれない駆動力ｙ３(k)からパワートレインの駆動力ｙ２(k-n)を減じた値｛ｙ３(k)−ｙ２(k-n)｝は、走行抵抗や道路勾配などの外乱分に相当することになり、これを外乱推定値とする。
【００３６】
最後に、モデルマッチング補償器から出力される目標駆動力ｙ４(k)から外乱推定値｛ｙ３(k)−ｙ２(k-n)｝を減じて補正し、最終目標駆動力ｙ１(k)を求める。
【数１２】
ｙ１(k)＝ｙ４(k)−｛ｙ３(k)−ｙ２(k-n)｝
【００３７】
図９は自動車速制御プログラムを示すフローチャートである。また、図１０はアクセラレート処理ルーチンを示すフローチャート、図１１はコースト処理ルーチンを示すフローチャートである。これらのフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。
【００３８】
車速制御コントローラー１０のマイクロコンピューター１０ａは、所定時間（例えば５０msec）ごとに図９に示す自動車速制御プログラムを実行する。ステップ１において、車速センサー７により車速Ｖspを、クランク角センサー９によりエンジン回転速度Ｎeを、スロットルセンサー８によりスロットルバルブ開度Ｔwをそれぞれ検出する。ステップ２ではキャンセルスイッチ５およびブレーキスイッチ６により自動車速制御を解除する操作がなされたかどうかを確認し、解除操作がなされた場合はステップ１３へ進み、そうでなければステップ３へ進む。自動車速制御の解除操作がなされていない場合は、ステップ３でセットスイッチ２により目標車速の設定と自動車速制御の開始操作がなされたかどうかを確認する。目標車速の設定と自動車速制御の開始操作がなされた場合はステップ４へ進み、そうでなければステップ７へ進む。
【００３９】
目標車速の設定と自動車速制御の開始操作がなされた場合は、ステップ４において、ステップ１で検出した現在の車速Ｖspを目標車速Ｖsprに設定し、続くステップ５で自動車速制御中フラグをセットする。
【００４０】
ステップ６において、モデルマッチング補償器を初期化する。具体的には、位相進みフィードフォワード補償器Ｃ４（ｚ-1）が保持している１サンプリング周期前の入力ｙ７(k-1)と出力ｙ６(k-1)を、ともに初期値０にリセットする。同時に、位相進み補償器Ｃ４（ｚ-1）の入力である現在の目標車速Ｖspr(k)と、比例フィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の入力である現在の車速Ｖsp(k)とをオフセットするために、基準値Ｖsp0に現在の車速Ｖsp(k)を設定する。これにより、数式５から明らかなようにｙ７(k)とｙ８(k)をともに初期値０にリセットすることができる。
【００４１】
この結果、比例フィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の入力ｙ６とｙ８が同時に０にリセットされるので、比例ゲインＫのみから構成されるフィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の出力ｙ４も０となる。つまり、この実施の形態では、セットスイッチ２による目標車速の再設定時に外乱推定器による推定演算を継続しながらモデルマッチング補償器を初期化する。以上でセットスイッチ２による目標車速の設定または再設定時の自動車速制御を終了する。
【００４２】
自動車速制御の解除操作がなく、また自動車速制御の設定操作もない場合は、ステップ７で自動車速制御フラグがセット（ＯＮ）されているかどうかを確認し、セットされている場合はステップ８へ進み、セットされていない場合はステップ１４へ進む。自動車速制御フラグがセットされており、自動車速制御中の場合は、ステップ８で図１０に示すアクセラレート処理ルーチンを実行し、アクセラレートスイッチ３が操作されている間、目標車速Ｖsprを増加する。このアクセラレート処理については後述する。続くステップ９では図１１に示すコースト処理ルーチンを実行し、コーストスイッチ４が操作されている間、目標車速Ｖsprを低減する。このコースト処理ついては後述する。
【００４３】
ステップ１０において、上述した演算方法により実車速Ｖspを目標車速Ｖsprに一致させるための最終目標駆動力ｙ１(k)を演算する。続くステップ１１では最終目標駆動力ｙ１(k)に基づいて次式により目標エンジントルクＴerを演算する。
【数１３】
Ｔer＝ｙ１(k)・Ｒt／（Ｇm・Ｇf）
上述したように、Ｇmは変速機１３のギア比、Ｇfはファイナルギア比、Ｒtはタイヤの有効半径である。
【００４４】
ステップ１２で、予めマイクロコンピューター１０ａのＲＯＭに記憶されたエンジン非線形定常特性データマップ（例えば図７参照）を用いて、現在のエンジン回転速度Ｎeと上記目標エンジントルクＴerに対応する目標スロットルバルブ開度Ｔwrを表引き演算する。
【００４５】
一方、自動車速制御の解除操作が行われた場合は、ステップ１３で自動車速制御中フラグをクリアし、続くステップ１４でモデルマッチング補償器、外乱推定器などの車速制御に関わるすべての変数を初期値にリセットする。
【００４６】
次に、図１０に示すアクセラレート処理ルーチンにより、目標車速の増加処理を説明する。ステップ２１において、アクセラレートスイッチ３により目標車速Ｖsprを増加させる操作（以下、増速操作と呼ぶ）がなされているかどうかを確認し、増速操作がなされているときはステップ２６へ進み、そうでなければステップ２２へ進む。
【００４７】
増速操作がなされているときは、ステップ２６でアクセラレート制御中フラグをセットし、続くステップ２７で目標車速Ｖsprに所定値ΔＶを加算して処理を終了する。したがって、アクセラレートスイッチ３が操作されているときは、図９に示す自動車速制御プログラムの実行間隔５０msecごとに目標車速ＶsprがΔＶずつ上がることになる。
【００４８】
増速操作がなされていないときは、ステップ２２でアクセラレート制御中フラグがセットされているかどうかを確認し、セットされているときはステップ２３へ進み、セットされていなければアクセラレート処理を終了する。
【００４９】
アクセラレートスイッチ３がオフ（解放）され、かつアクセラレート制御中フラグがセットされているときは、目標車速Ｖsprの増加操作が終了した直後である。したがって、ステップ２３で、まず目標車速Ｖsprに図９のステップ１で検出した現在の車速Ｖspを設定し、続くステップ２４でアクセラレート制御中フラグをクリアする。
【００５０】
目標車速Ｖsprを増加するためのアクセラレートスイッチ操作が終了したときに、目標車速Ｖsprに現在の車速Ｖspを設定した後、ステップ２５でモデルマッチング補償器を初期化する。具体的には、位相進みフィードフォワード補償器Ｃ４（ｚ-1）が保持している１サンプリング周期前の入力ｙ７(k-1)と出力ｙ６(k-1)を、ともに初期値０にリセットする。同時に、位相進み補償器Ｃ４（ｚ-1）の入力である現在の目標車速Ｖspr(k)と、比例フィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の入力である現在の車速Ｖsp(k)とをオフセットするために、基準値Ｖsp0に現在の車速Ｖsp(k)を設定する。これにより、数式５から明らかなようにｙ７(k)とｙ８(k)をともに初期値０にリセットすることができる。
【００５１】
この結果、比例フィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の入力ｙ６とｙ８が同時に０にリセットされるので、比例ゲインＫのみから構成されるフィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の出力ｙ４も０となる。つまり、この一実施の形態では、アクセラレートスイッチ３による目標車速の再設定時に外乱推定器による推定演算を継続しながらモデルマッチング補償器を初期化する。以上でアクセラレート処理を終了する。
【００５２】
次に、図１１に示すコースト処理ルーチンにより、目標車速Ｖsprの低減処理を説明する。ステップ３１において、コーストスイッチ４により目標車速Ｖsprの低減操作（以下、減速操作と呼ぶ）がなされているかどうかを確認し、減速操作がなされているときはステップ３６へ進み、そうでなければステップ３２へ進む。
【００５３】
減速操作がなされているときは、ステップ３６でコースト制御中フラグをセットし、続くステップ３７で目標車速Ｖsprから所定値ΔＶを減算して処理を終了する。したがって、コーストスイッチ４が操作されているときは、図９に示す自動車速制御プログラムの実行間隔５０msecごとに目標車速ＶsprがΔＶずつ下がることになる。
【００５４】
減速操作がなされていないときは、ステップ３２でコースト制御中フラグがセットされているかどうかを確認し、セットされているときはステップ３３へ進み、セットされていなければコースト処理を終了する。
【００５５】
コーストスイッチ４がオフ（解放）され、かつコースト制御中フラグがセットされているときは、目標車速Ｖsprの低減操作が終了した直後である。したがって、ステップ３３で、まず目標車速Ｖsprに図９のステップ１で検出した現在の車速Ｖspを設定し、続くステップ３４でコースト制御中フラグをクリアする。
【００５６】
目標車速Ｖsprを低減するためのコーストスイッチ操作が終了したときに、目標車速Ｖsprに現在の車速Ｖspを設定した後、ステップ３５でモデルマッチング補償器を初期化する。具体的には、位相進みフィードフォワード補償器Ｃ４（ｚ-1）が保持している１サンプリング周期前の入力ｙ７(k-1)と出力ｙ６(k-1)を、ともに初期値０にリセットする。同時に、位相進み補償器Ｃ４（ｚ-1）の入力である現在の目標車速Ｖspr(k)と、比例フィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の入力である現在の車速Ｖsp(k)とをオフセットするために、基準値Ｖsp0に現在の車速Ｖsp(k)を設定する。これにより、数式５から明らかなようにｙ７(k)とｙ８(k)をともに初期値０にリセットすることができる。
【００５７】
この結果、比例フィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の入力ｙ６とｙ８が同時に０にリセットされるので、比例ゲインＫのみから構成されるフィードバック補償器Ｃ３（ｚ-1）の出力ｙ４も０となる。つまり、この一実施の形態では、コーストスイッチ４による目標車速の再設定時に外乱推定器による推定演算を継続しながらモデルマッチング補償器を初期化する。以上でコースト処理を終了する。
【００５８】
図１２は、上述した一実施の形態による平坦路でのコーストスイッチ操作（減速操作）終了時の自動車速制御結果を示す図であり、図１に示す従来の装置の制御結果に対応するものである。目標車速Ｖsprを低減するためのコーストスイッチ操作中に、エンジンブレーキ力が飽和して目標車速Ｖsprと実車速Ｖspとの差が拡大した状態で、運転者がコーストスイッチ操作を終了すると、目標車速Ｖsprが実車速Ｖspまで大きくステップ状に変化する。このため、従来の装置では図１に示すようにコーストスイッチ操作終了直後に車速のオーバーシュートが発生する。
【００５９】
上述した一実施の形態によれば、図１１のステップ３５の処理を行って車速のオーバーシュートを防止する。つまり、コーストスイッチ４による目標車速の再設定時に外乱推定器による推定演算を継続しながらモデルマッチング補償器を初期化するので、スイッチ操作終了直後に目標車速Ｖsprが大きくステップ状に変化しても、モデルマッチング補償器の出力、すなわち目標駆動力ｙ４が０から立ち上がる。したがって、この一実施の形態では図１に示すような車速のオーバーシュートは発生せず、わずかな車速アンダーシュートがあっても実車速Ｖspが目標車速Ｖsprに速やかに収束する。
【００６０】
図１３は、上述した一実施の形態による平坦路でのセットスイッチによる目標車速の再設定操作時の自動車速制御結果を示す図であり、図２に示す従来の装置の制御結果に対応するものである。自動車速制御中に運転者が一時的にアクセルペダルを踏んで加速した場合に、実車速Ｖspが目標車速Ｖsprを大きく上まわることがある。この状態で運転者がセットスイッチ２を操作して目標車速Ｖsprの再設定を行うと、目標車速Ｖsprが実車速Ｖspまで大きくステップ状に変化するため、従来の装置では図２に示すようにセットスイッチ操作直後に車速のオーバーシュートが発生する。
【００６１】
上述した一実施の形態によれば、図９のステップ６の処理を行って車速のオーバーシュートを防止する。つまり、セットスイッチ２による目標車速の再設定時に外乱推定器による推定演算を継続しながらモデルマッチング補償器を初期化するので、スイッチ操作終了直後に目標車速Ｖsprが大きくステップ状に変化しても、モデルマッチング補償器の出力、すなわち目標駆動力ｙ４が０から立ち上がる。したがって、この一実施の形態では図２に示すような車速のオーバーシュートは発生せず、わずかな車速アンダーシュートがあっても実車速Ｖspが目標車速Ｖsprに速やかに収束する。
【００６２】
図１４は、上述した一実施の形態による登り坂でのコーストスイッチ操作終了時の自動車速制御結果を示す図であり、図３に示すコーストスイッチ操作終了時にモデルマッチング補償器と外乱推定器とをともに初期化した場合の車速制御結果に対応するものである。コーストスイッチ操作終了時にモデルマッチング補償器と外乱推定器とをともに初期化すると、登り坂の道路勾配が含まれる大きな外乱推定値も初期化されるので、図３に示すようにコーストスイッチ操作終了後に大きな車速アンダーシュートが発生する。この一実施の形態によれば、コーストスイッチ操作終了時にモデルマッチング補償器のみを初期化し、外乱推定器は初期化しないので、登り坂の道路勾配が含まれる外乱推定値が失われず、図１４に示すようにコーストスイッチ操作終了後に大きな車速アンダーシュートは発生せず、わずかなアンダーシュートがあるが実車速Ｖspが目標車速Ｖsprに速やかに収束する。
【００６３】
図１５は、上述した一実施の形態による登り坂でのセットスイッチによる目標車速の再設定時の自動車速制御結果を示す図であり、図４に示すセットスイッチによる目標車速の再設定時にモデルマッチング補償器と外乱推定器とをともに初期化した場合の車速制御結果に対応するものである。セットスイッチによる目標車速の再設定時にモデルマッチング補償器と外乱推定器とをともに初期化すると、登り坂の道路勾配が含まれる大きな外乱推定値も初期化されるので、図４に示すようにセットスイッチによる目標車速の再設定時に大きな車速アンダーシュートが発生する。この一実施の形態によれば、セットスイッチによる目標車速の再設定時にモデルマッチング補償器のみを初期化し、外乱推定器は初期化しないので、登り坂の道路勾配が含まれる外乱推定値が失われず、図１５に示すようにセットスイッチによる目標車速の再設定時に大きな車速アンダーシュートは発生せず、わずかなアンダーシュートがあるが実車速Ｖspが目標車速Ｖsprに速やかに収束する。
【００６４】
なお、アクセラレートスイッチ操作終了時の制御結果については図示と説明を省略するが、上述したコーストスイッチ操作終了時と同様に、大きな車速のオーバーシュート、アンダーシュートが発生せず、実車速Ｖspが目標車速Ｖsprに速やかに収束する。
【００６５】
上述した一実施の形態では、目標車速の再設定時にモデルマッチング補償器へ入力される目標車速Ｖsprと実車速ＶspにそれぞれオフセットＶsp0を加え、目標車速Ｖsprと実車速Ｖspをともに０にするようにしたので、モデルマッチング補償器のフィルターをマイクロコンピューターのソフトウエア形態で実現することができる。
【００６６】
上述した一実施の形態ではフィードフォワード補償器とフィードバック補償器とを有するモデルマッチング補償器を例に上げて説明したが、フィードバック補償器のみを有するモデルマッチング補償器を備えた自動車速制御装置に対しても本発明を適用することができ、上述したと同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の自動車速制御装置によるコーストスイッチ操作終了時の車速制御結果を示す図である。
【図２】 従来の自動車速制御装置による一時加速中のセットスイッチ操作時の車速制御結果を示す図である。
【図３】 登り坂でのコーストスイッチ操作終了時にモデルマッチング補償器と外乱推定器とをともに初期化した場合の車速制御結果を示す図である。
【図４】 登り坂でのセットスイッチによる目標車速の再設定時にモデルマッチング補償器と外乱推定器とをともに初期化した場合の車速制御結果を示す図である。
【図５】 一実施の形態の構成を示す図である。
【図６】 一実施の形態の自動車速制御を示す制御ブロック図である。
【図７】 エンジン非線形定常特性データマップを示す図である。
【図８】 スロットルバルブ全開時および全閉時のエンジン回転速度に対するエンジントルクのデータを示す図である。
【図９】 一実施の形態の自動車速制御を示すフローチャートである。
【図１０】 一実施の形態のアクセラレート処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】 一実施の形態のコースト処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】 一実施の形態の平坦路でのコーストスイッチ操作終了時の車速制御結果を示す図である。
【図１３】 一実施の形態の平坦路での一時加速中のセットスイッチ操作時の車速制御結果を示す図である。
【図１４】 一実施の形態の登り坂でのコーストスイッチ操作終了時の車速制御結果を示す図である。
【図１５】 一実施の形態の登り坂での一時加速中のセットスイッチ操作時の車速制御結果を示す図である。
【符号の説明】
１ メインスイッチ
２ セットスイッチ
３ アクセラレートスイッチ
４ コーストスイッチ
５ キャンセルスイッチ
６ ブレーキスイッチ
７ 車速センサー
８ スロットルセンサー
９ クランク角センサー
１０ 車速制御コントローラー
１０ａ マイクロコンピューター
１０ｂ 駆動回路
１１ 変速機コントローラー
１２ エンジン
１２ａ スロットルアクチュエーター
１３ 変速機
Claims (2)
- 目標車速に対する実車速の応答性を規範モデルに一致させるモデルマッチング補償器を用いて、目標車速と実車速とにより目標駆動力を演算するとともに、外乱推定器を用いて目標駆動力と実車速とにより走行抵抗と道路勾配とが含まれる車両走行中の外乱を推定演算し、この外乱推定値により目標駆動力を補正する自動車速制御装置において、
目標車速の再設定時には前記外乱推定器による推定演算を継続しながら前記モデルマッチング補償器を初期化することを特徴とする自動車速制御装置。 - 請求項１に記載の自動車速制御装置において、
目標車速の再設定時には、前記モデルマッチング補償器へ入力される目標車速と実車速とにそれぞれオフセットを加え、目標車速と実車速をともに０にすることを特徴とする自動車速制御装置。
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