JP4349187B2

JP4349187B2 - 車両速度制御装置

Info

Publication number: JP4349187B2
Application number: JP2004119698A
Authority: JP
Inventors: 利光丸木
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2024-04-15
Also published as: EP1586885A3; EP1586885B1; JP2005297872A; EP1586885A2; KR100618335B1; KR20060045661A; US20050234629A1; US7693641B2

Description

この発明は、シャシーダイナモメータ上で車両を運転する際に用いられる車両速度制御装置に関するものである。

従来のフィードバックループをメインにした車両速度制御装置においては、車両のレスポンス遅れやガタ、ヒステリシスの影響を受けて、思うように車速制御の応答性を上げることが困難な場合もあり、目標の車速制御の結果を得るには、ベテランの調整技術と多くの時間を必要としていた。

この対策として、特許文献１においては、フィードバック制御の欠点を解消すべく、車両の伝達関数ＭＧ（Ｓ）の逆関数ＭＧ（Ｓ）^-1を用いたフィードフォワード制御方式を採用し、この逆関数ＭＧ（Ｓ）^-1を求めるときに生じる誤差を解消するために、車両モデル補償制御回路を設け、該回路から車速指令と車速との間に偏差を生じたときに逆関数回路からのアクセルペダルストローク指令を補正する補正指令を出力するようにしていた。又、特許文献２においては、同じくフィードフォワード制御方式を採用し、フィードフォワード制御による誤差分をフィードバック制御回路に走行抵抗分を加算することにより補償していた。
特開平７−３２５０１９号公報特開２００３−２１４９９０号公報

従来においては、上記したように車速制御の応答性を改善しようとしたが、フィードフォワード部のエンジン特性収録データの誤差がトランスミッション比、デフ比、タイヤ半径などによる演算で増幅され、予想以上に精度が低下したため、前記特許文献で用いた補正回路に対して大きな補正をしていた。この結果、補正のためのフィードバックグループによる車速制御に大きなウェイトが掛かり、本来のフィードフォワード制御の効果が低下していた。

しかも、このように調整した車速制御での運転結果は規定の運転モードの許容範囲に入ってもアクセル開度の動きがフィードバック制御ループの特徴であるオーバーシュートや応答遅れが発生して、テストドライバ運転のアクセル開度の動きとは異なることが多く、このため、排ガス計測データや燃費計測データをテストドライバ運転のものと比較すると、かなりの差が出ていた。

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、正確な
アクセル開度が得られ、フィードフォワード制御による誤差を解消することができるとともに、状況に応じた車速制御を行うことができる車両速度制御装置を得ることを目的とする。

この発明の請求項１に係る車両速度制御装置は、シャシーダイナモメータ上での車両を運転する際に用いられる車両速度制御装置において、
車速指令が入力され、出力に制御系の遅れ要素を見込んだ先読み車速指令を送出する車速指令先読み部と、この車速指令先読み部からの先読み車速指令、車両質量と走行抵抗が入力され、これらから駆動力を演算して出力に駆動力指令を送出する駆動力演算部と、この駆動力演算部からの駆動力指令と車速とが入力され、検出車速を事前に収録した駆動力特性マップを有するとともに、出力にアクセル開度指令を送出する駆動力特性部と、
車速指令と車速との偏差を比例演算して出力に車速偏差補正指令を送出する比例演算部と、この車速偏差補正指令に前記駆動力指令が加算され、駆動力指令が車速偏差により補正される第１加算部と、車速が入力され実際の加速力を演算する加速力演算部と、この加速力演算部から出力される加速力とシャシーダイナモメータの負荷による走行抵抗とを加算し、出力に検出駆動力を得る第２加算部と、前記第１加算部の出力から第２加算部に得られた検出駆動力を減算し、その偏差を比例積分して出力に駆動力補正開度指令を送出する比例積分演算部と、
前記駆動力特性部から送出されるアクセル開度指令に前記比例積分演算部から送出される駆動力補正開度指令が加算されて補正されたアクセル開度指令を得、この補正されたアクセル開度指令が入力されて、出力にアクセル開度を出力する開度制御部と、この開度制御部から出力されるアクセル開度により車両のアクセルを操作して車速を制御するようにしたものである。

請求項２に係る車両速度制御装置は、車両がマニュアルトランスミッション車の場合、特定のトランスミッション位置で収録した駆動力特性マップを使用し、特定以外のトランスミッション位置での駆動力指令と検出車速を特定のトランスミッション位置での駆動力指令と検出車速とに換算し、この換算された駆動力指令と検出車速を特定のトランスミッション位置での駆動力特性マップを有する駆動力特性部に入力し、アクセル開度指令を得るようにしたものである。

請求項３に係る車両速度制御装置は、減速時の運転状況からブレーキ作動タイミングを自動的に判別するブレーキ作動タイミング自動判別回路を設けたものである。

以上のようにこの発明によれば、従来方式ではエンジン特性出力であるアクセル開度指令の誤差を増幅していたトランスミッション比、デフ比、タイヤ半径などによる演算部とエンジン出力特性部を含めたトータルの駆動力を計測し、駆動力特性データとして用いているので、開度指令が正確に得られるようになった。特に、ＡＴ車(オートマチックミッション車）の場合には、必要な駆動力に対してトルクコンバータのスリップ率と変速タイミングまで駆動力特性に収録することができるので、開度指令が一層正確に得られる。又、車両のレスポンス遅れ、制御応答遅れを見越して運転モードの先読みを実施した結果、車速指令に対して遅れのない車速制御応答を実現することができる。

ＭＴ車（マニュアルトランスミッション車）の場合に特定のトランスミッション位置で収録した駆動力特性マップを使用し、それ以外のトランスミッション位置の場合には駆動力指令と検出車速を特定のトランスミッション位置での駆動力指令と検出車速とに換算し、目標のアクセル開度指令を求めるようにしており、ＡＴ車の場合と同様に、従来方式でアクセル開度指令の誤差を増幅していたトランスミッション比、デフ比、タイヤ半径などによる演算を直接使用することなく、２速のトランスミッション比に対する比率のみで使用しており、駆動力特性の誤差を比較的大きくすることなく使用しているので、従来に比べて精度的に大きく改善することができる。

又、駆動力指令と検出駆動力との偏差を補正するフィードバック制御ループを設けたので、事前に収録した駆動力特性マップの収録時の計測誤差等を補正することができる。

また、駆動力指令と車速とを駆動力特性マップに入力してアクセル開度指令を得るとともに、車速指令と検出車速との偏差に応じて、駆動力のフィードバック制御ループの駆動力指令を補正するようにしているので、車速指令が大きく変化している時には、車速と駆動力指令からアクセル開度を直接変化させて車速指令に素早く追従するようにし、車速偏差が小さい場合にはアクセル開度は急には動かさず、車速を車速指令にゆっくりと一致させる滑らかな制御を実施しており、ドライバーが運転する場合と同じように、急加速の場合には早いレスポンスで対応し、車速を指令にゆっくりと合わせる時には滑らかなアクセル操作を行うようにし、状況に応じて応答が変化するようにした。

また、目標の運転パターンを走るために必要最小限のアクセル操作量を求め、これにより制御するので、無駄のないアクセル操作で運転することができる。又、事前に車両の駆動力特性マップを収録するだけで対応できるように、基本的な回路は調整不要としている。

さらに、減速時のブレーキ制御においては、その運転状況からブレーキ作動タイミングを自動判別する自動判別回路を設けており、アクセルによるエンジンブレーキからフットブレーキへの滑らかな車速制御の移行が可能になった。

実施最良形態１
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。実施最良形態１においては、人が車両を運転する時のアクセルの操作方法をモデルにして制御を行う。図１はこの発明の実施最良形態１による車両速度制御装置の構成図を示し、１は車速指令を出力する車速指令装置、２は車速指令を受けて先読み車速指令を出力する車速指令先読み機能部であり、車速指令先読み機能部２は車両のレスポンス遅れ、制御応答遅れを見越して運転モードの先読みを行う。即ち、車速指令先読み機能部２は指定した時間（運転モードの最大１ステップ先で通常は１秒以内の設定で十分である。）だけ基準時間より早く車速指令を出力する。３は車両質量（車重）Ｗを設定する車両質量設定部、１４は車速に応じた走行抵抗を設定する走行抵抗設定部、４は駆動力演算部であり、駆動力演算部４は先読み車速指令と車両質量と走行抵抗を入力され、駆動力指令＝加速度指令（先読み車速指令の微分値）×車両質量+設定走行抵抗の式により駆動力を演算し、駆動力指令として出力する。この駆動力指令は予め収録した駆動力特性マップを有する駆動力特性部５に車速と共に入力される。図３は駆動力特性マップの一例を示し、縦軸に駆動力をとり、横軸に車速をとり、その交点のアクセル開度が特定され、駆動力特性部５からアクセル開度指令が出力される。

アクセル開度指令はアクセルアクチュエータ６に入力されて車両７のアクセル開度が操作され、これに応じて車両７はアクセル開度に応じて運転モードに必要なエンジン駆動力を発生する。車両７はエンジンからの駆動力特性部８と車両質量部９とにより表している。又、走行抵抗設定部１４から走行抵抗指令がシャシーダイナモメータ１０に入力され、シャシーダイナモメータ１０は指令された走行抵抗を車両７に入力する。車両７においては、エンジンからの駆動力特性部８が発生した駆動力から減算部１１において走行抵抗が減算されて車両の加速力が得られ、これによって車速が発生する。

又、事前に収録した駆動力特性マップの収録時の計測誤差等を補正する必要がある。シャシーダイナモメータトルク検出部１５は走行抵抗に応じたトルクを検出し、駆動力検出演算部１６はこのトルクと車速を入力され、実際の駆動力を検出する。駆動力制御部１７は駆動力演算部４からの駆動力指令と駆動力検出演算部１６からの実際の駆動力を入力され、その偏差を開度指令との加算部１９に入力することにより、駆動力特性マップの誤差を補正する。

又、車速が目標と僅かに差がある場合には、その差を無くすように車速制御ループでアクセル開度をゆっくりと操作し、車速を指令値にゆっくりと一致させる。
そのために、車速制御部２０は車速指令と実際の車速との偏差を検出し、この偏差を駆動力指令に加算して駆動力制御部１７に加える。なお、各構成部分３〜５，１４，１６，１７，１９，２０により駆動力ベース車速制御コントローラ２１を構成する。

実施最良形態１においては、目標の運転モードで加速する時には、加速に必要な駆動力を発生すると推定したアクセル開度を前もって収録した駆動力特性からフィードフォワードで直接アクセル開度を操作し、運転モードの加速のタイミングに合わせて踏み込む。加速が終われば、その車速を維持できると推定したアクセル開度を駆動力特性からフィードフォワードで直接アクセル開度を操作し、一定走行に相当するアクセル開度に戻す。このように、車両のレスポンス遅れ、制御応答遅れをカバーして基準指令に対して実際の駆動力が一致するように車速指令の先読みを行うようにしている。又、車速が目標と僅かに差がある場合には、その差を無くすように車速制御ループでアクセル開度をゆっくりと操作する。即ち、加速中は車速制御系を構成するフィードフォワード制御系で駆動力特性から直接アクセル開度を操作し、定常時はフィードバックループで車速を指令にゆっくりと一致させる方式で運転状況に応じて制御応答を変化させる。又、事前に収録した駆動力特性マップについても収録時の計測誤差等があるので、これを補正するために、車速指令から演算した駆動力指令と実際の駆動力検出値とを比較して補正する駆動力制御ループを付加した回路構成を、車速制御の補正と共に駆動力特性マップの補正に用いて精度向上を図った。

図２は図１に示した車両速度制御装置のより詳細な構成図であり、従来のエンジン特性と駆動力特性の差異を示す。車速指令先読み機能部２は車速指令Ｖ_Sを受けて、先読み車速指令Ｖ_SFを出力する。加速力演算部１２は車両質量（車重）Ｗと先読み車速指令Ｖ_SFの微分値とから加速力Ｆ_αSを演算する。比例演算部１３は車速指令Ｖ_Sと車速Ｖとの偏差を比例演算し、車速偏差補正指令を出力する。走行抵抗設定部１４は車速Ｖに応じて走行抵抗Ｆ_RLSを設定し、加算部３３は加速力Ｆ_αSと設定走行抵抗Ｆ_RLSを加算して、目標の運転モードを走るために必要な駆動力指令Ｆ_RSを得る。駆動力指令Ｆ_RSは車速Ｖと共に駆動力特性マップ相当部４１に入力され、アクセル開度指令θ_Bが出力される。

又、加算部３４においては、駆動力指令に車速偏差補正指令が加算され、駆動力指令が車速偏差により補正される。一方、加速力演算部３６は車速Ｖを入力されて実際の加速力Ｆ_αを演算し、加算部３７においては、加速力Ｆ_αとシャシーダイナモメータの負荷による走行抵抗（シャシーダイナモメータ検出トルク）Ｆ_RLとを加算して検出駆動力Ｆ_Rを得、減算部３５においては加算部３４の出力から検出駆動力Ｆ_Rを減算し、比例積分演算部３８ではその偏差を比例積分して駆動力補正開度指令θ_Aを求める。加算部１８ではアクセル開度指令θ_Bに駆動力補正開度指令θ_Aが加算され、補正されたアクセル開度指令θ_Sが出力される。駆動力特性マップ相当部４１は各構成部分２２〜２４，３９，４０で構成され、以下に示すエンジン特性を用いた機能と同等のことを一つの駆動力特性マップで実現している。

駆動力指令Ｆ_RSは乗算器２２に入力されてタイヤ半径ｒが乗算されてアクスル軸トルクτ_aが算出され、アクスル軸トルクτ_aは除算器２３に入力され、トランスミッション比ｉ_Mとデフ比ｉ_Dとを乗算したものにより除算されてエンジン出力トルクτ_eが算出される。収録エンジン特性部２４はエンジン出力トルクτ_eとエンジン回転数Ｎ_eを入力され、シーマック学習機能によりエンジントルクー開度特性マップを作成して記憶し、入力された変化要素に応じてアクセルアクチュエータ操作信号θ_Bをマップから読み出して出力する。３９は車速Ｖに２πｒ×／１０００を掛ける乗算器、４０は乗算器３９の出力にｉ_M×ｉ_Dを掛ける乗算器であり、乗算器４０の出力がエンジン回転数Ｎ_eとなり、収録エンジン特性部２４に入力される。アクセル開度指令θ_Sは開度制御部２５に入力され、開度制御部２５はアクセル開度θを出力する。

アクセル開度θは車両７、特にその駆動力特性部８に入力される。駆動力特性部８はエンジン特性部２６、乗算器２７、除算器２８及び乗算器４２，４３により構成され、車両７はこれに加算器２９、除算器３１，積分器３２を加えて構成される。エンジン特性部２６は開度ーエンジン出力トルク特性を有し、入力されたアクセル開度θ及び乗算器４３の出力であるエンジン回転数Ｎ_eに応じたエンジン出力トルクτ_eを出力する。乗算器２７は出力トルクτ_eを入力されてｉ_M×ｉ_Dを乗算してアクセル軸トルクτ_aを演算し、アクセル軸トルクτ_aは除算器２８に入力され、タイヤ半径ｒで除算して駆動力Ｆ_Rを算出し、加算器２９では駆動力Ｆ_Rから走行抵抗設定部３０から出力されるシャシーダイナモメータ負荷による走行抵抗Ｆ_RLを減算して加速力Ｆ_αを得る。加速力Ｆ_αは除算器３１で車重Ｗにより除算されて加速度αが得られ、加速度αは積分器３２に入力されて車速Ｖが得られる。走行抵抗設定部３０は車速Ｖに応じた走行抵抗Ｆ_RLを出力し、加算部３７に入力する。

図２の作用、動作は図１の作用、動作と同様である。なお、ＡＴ車(オートマチックミッション車）の場合にはＤレンジの自動変速機能をそのまま使って運転した駆動力特性を収録したデータを用いてアクセル開度指令を出力し、駆動力ベース車速制御を行っている。

実施最良形態２
図４はこの発明の実施最良形態２による車両速度制御装置の駆動力指令及び検出車速の換算回路を示し、駆動力特性部５ａにおいては、２速固定で収録した駆動力特性マップを用いる。割算器４４には２速のトランスミッション比（Ｔ／Ｍ比）ｉ₂を入力するとともに、現在のトランスミッション位置のトランスミッション比ｉ₁〜ｉ_nを入力し、ｉ₂／（ｉ₁〜ｉ_n）の除算を行う。その除算値を切換スイッチ４５を介して掛算器４６に入力する。切換スイッチ４５は掛算器４６に対してＭＴ車の場合には割算器４４の出力を接続し、ＭＴ車でない場合には１倍を接続する。掛算器４６には各トランスミッション位置における駆動力指令が入力され、この駆動力指令に前記除算値が乗算され、２速換算駆動力指令となる。

又、割算器４７も割算器４４と全く同様の除算を行い、この除算値は切換スイッチ４５と同様の切換スイッチ４８を介して掛算器４９に入力される。掛算器４９には各トランスミッション位置での検出車速も入力され、この検出車速に前記除算値が乗算され、２速換算検出車速となる。２速換算駆動力指令と２速換算検出車速とは駆動力特性部５ａに入力され、この入力に応じたアクセル開度指令が２速データの駆動力特性マップから読み出され、出力される。以後の動作は実施最良形態１と同様である。又、その他の制御構成も実施最良形態１と同様である。

上記した実施最良形態２においては、ＭＴ車の場合に２速で収録した駆動力特性マップを使用し、１速及び３速以上の場合には駆動力指令と検出車速に対して２速換算の演算を行い、目標のアクセル開度指令を求めるようにしており、ＡＴ車の場合と同様に、従来方式でアクセル開度指令の誤差を増幅していたトランスミッション比、デフ比、タイヤ半径などによる演算を直接使用することなく、２速のトランスミッション比に対する比率のみで使用しており、駆動力特性の誤差を比較的大きくすることなく使用しているので、従来に比べて精度的に大きく改善することができる。

実施最良形態３
図５は実施最良形態３による車両速度制御装置のブレーキ作動タイミング自動判別回路を示し、駆動力指令がマイナス（ブレーキ必要）で検出車速が車速指令に０．５ｋｍ／ｈを加えたものより大きく、かつスロットル開度が遊び開度より小さい（スロットル全閉状態）場合には、減速指令時のブレーキオン指令をＲーＳフリップフロップ５０のＳ入力端子に入力し、Ｑ出力端子からブレーキオン指令が出力され、ブレーキ制御が行われる。また、ノット回路５１からアクセル制御オン指令が出力される。なお、車速指令に０．５ｋｍ／ｈを加えたのは判定に余裕を持たせるためであり、以下も同様である。逆に、駆動力指令がプラスで先読み車速指令が０．３ｋｍ／ｈより大きく、検出車速が０．５ｋｍ／ｈより小さく、即ち車速指令が検出車速より大きくなった時に発進時のブレーキオフ指令が出力され、この指令はフリップフロップ５０のＲ入力端子に入力され、フリップフロップ５０のＱ出力端子からはブレーキオン指令が出力されない。

又、エンジンの冷却水温が６０℃より低いコールド状態でのアイドルアップ時には、検出車速が車速指令に１．０ｋｍ／ｈを加えたものより大きく、かつＡＴ車の場合には、ブレーキオン指令が出力され、加速、定常時でもブレーキによる車速制御が行われる。さらに、プログラム運転指令からのブレーキオン指令が出された場合にも、ブレーキによる車速制御が行われる。又、減速から定常又は加速時に駆動力指令がプラスで検出車速が車速指令から０．３ｋｍ／ｈ減算したものより小さい場合にも、ブレーキを解除するようにした。また、自動運転停止や手動、自動切換などの条件でも強制的にブレーキを解除するようにした。その他の制御構成は実施最良形態１，２と同様である。

実施最良形態３の車両速度制御装置においては、ブレーキ作動タイミング自動判別回路を設けており、減速時のブレーキ制御のブレーキ作動タイミングを運転状況から自動的に判別することができ、アクセルによるエンジンブレーキからフットブレーキへの滑らかな移行を可能とすることができる。

この発明の実施最良形態１による車両速度制御装置の構成図である。実施最良形態１による車両速度制御装置の詳細構成図である。実施最良形態１による駆動力特性マップである。実施最良形態２による車両速度制御装置の駆動力指令及び検出車速の換算回路図である。実施最良形態３による車両速度制御装置のブレーキ作動タイミング自動判別回路である。

符号の説明

１…車速指令装置
２…車速指令先読み機能部
４…駆動力演算部
５，５ａ…駆動力特性部
１６…駆動力検出演算部
１７…駆動力制御部
２０…車速制御部
４１…駆動力特性マップ相当部
４４，４７…割算器
４６，４９…掛算器
５０…フリップフロップ

Claims

シャシーダイナモメータ上での車両を運転する際に用いられる車両速度制御装置において、
車速指令が入力され、出力に制御系の遅れ要素を見込んだ先読み車速指令を送出する車速指令先読み部と、この車速指令先読み部からの先読み車速指令、車両質量と走行抵抗が入力され、これらから駆動力を演算して出力に駆動力指令を送出する駆動力演算部と、この駆動力演算部からの駆動力指令と車速とが入力され、検出車速を事前に収録した駆動力特性マップを有するとともに、出力にアクセル開度指令を送出する駆動力特性部と、
車速指令と車速との偏差を比例演算して出力に車速偏差補正指令を送出する比例演算部と、この車速偏差補正指令に前記駆動力指令が加算され、駆動力指令が車速偏差により補正される第１加算部と、車速が入力され、実際の加速力を演算する加速力演算部と、この加速力演算部から出力される加速力とシャシーダイナモメータの負荷による走行抵抗とを加算し、出力に検出駆動力を得る第２加算部と、前記第１加算部の出力から第２加算部に得られた検出駆動力を減算し、その偏差を比例積分して出力に駆動力補正開度指令を送出する比例積分演算部と、
前記駆動力特性部から送出されるアクセル開度指令に前記比例積分演算部から送出される駆動力補正開度指令が加算されて補正されたアクセル開度指令を得、この補正されたアクセル開度指令が入力されて、出力にアクセル開度を出力する開度制御部と、この開度制御部から出力されるアクセル開度により車両のアクセルを操作して車速を制御するようにしたことを特徴とする車両速度制御装置。
車両がマニュアルトランスミッション車の場合、特定のトランスミッション位置で収録した駆動力特性マップを使用し、特定以外のトランスミッション位置での駆動力指令と検出車速を特定のトランスミッション位置での駆動力指令と検出車速とに換算し、この換算された駆動力指令と検出車速を特定のトランスミッション位置での駆動力特性マップを有する駆動力特性部に入力し、アクセル開度指令を得るようにしたことを特徴とする請求項１記載の車両速度制御装置。
減速時の運転状況からブレーキ作動タイミングを自動的に判別するブレーキ作動タイミング自動判別回路を設けたことを特徴とする請求項１、２の何れかに記載の車両速度制御装置。