JP4586882B2 - 車両の車速制御装置 - Google Patents

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本発明は、定速走行制御や先行車追従制御のための所定の設定速度に対応した目標車速指令値に車速を制御すると共に、安定した旋回を確保するために自動減速を行う制動制御を行う車両の車速制御装置に関する。
従来、特許文献1に記載されているように、路面状況や車両状態を考慮して、前方走行車との安全車間距離を決定し、実際の車間距離が安全車間距離に一致するようにエンジン出力を制御して所定設定速度となるように制御する先行車追従装置が知られている。しかし、曲線路においても、先行車との距離が安全車間距離となるように制御して、先行車と同一の速度で走行することとなるが、曲線路での先行車の車速が必ずしも自車両にとって安全な車速である保証はなく、自車両の性能によっては速度が速すぎることがある。
この問題を解決するために、例えば特許文献2に記載の装置においては、自車両との車間距離を検出し、車間距離検出値を目標車間距離とするための設定車速を演算し、自車の速度が設定車速に対応する目標車速指令値となるように車両の制動力、駆動力及び変速比を制御する先行車追従制御装置が開示され、さらに、自車両の横Gを検出し、その横G検出値に応じて上記目標車速演算値に制限を加えることで様々な曲率の曲線路においても先行車に追従走行することができるようにしている。
一方、車両が自己の旋回能力の限界を超えずに、常に安定して旋回できるようにする安定旋回制御装置として、特許文献3に記載の装置がある。この装置は、旋回半径に対し限界速度を超過して進入するような状況において、車両の旋回状態量を検出しその旋回状態量が、車両が安定して走行可能な旋回限界状態量に接近した場合には、車両が安定して旋回走行を維持するために必要な目標減速度を演算し、その目標減速度を実現する制動力を車両に付与するものである。
特開平7−47864号公報 特開平11−314537号公報 特許公報第2600876号
特許文献2に記載の装置は、横Gで目標車速を減少方向に補正するだけであり、走行中の路面状態や車両の旋回走行状態によって刻々と変わる車両の旋回限界量を超越しないように制御しているわけではない。しかしながら、実路では、コーナ先のカーブ曲率がさらに小さくなっている場合など、運転者の目測誤りによる意図しない高横加速度での旋回を余儀なくされる場合があるが、当該特許文献2に記載の装置では、補正しきれず、常に安定した旋回ができるようには制御していない。なお、特許文献2が路面状態や車両の旋回走行状態に応じて補正していない根拠に、特許文献2の実施例では、減速度0.3G以上で補正値を一定としている。
また、特許文献1に記載の先行車追従装置のような所定目標速度に制御する装置を備えた車両に、特許文献3に記載の安定した旋回を確保するために旋回安定制御を行う装置を単純に搭載しただけでは、旋回安定制御による自動減速の作動により車速が低下した際、所定目標速度に制御する装置は、登坂路などと誤認識して設定車速に一致するよう加速指令を出す場合がある。また、コーナの出口で上記自動減速制御の作動が終了した際に、所定目標速度に制御する装置は、設定車速に一致するよう大きな加速度(エンジン出力)を要求して、急激に加速を開始する場合がある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、所定の設定速度に制御しつつ旋回限界を超えずに安定した旋回を確保可能な車両の車速制御装置を提供することを課題としている。
上記課題を解決するために、本発明は、所定の設定車速に応じた第1の目標車速指令値を演算若しくは決定し、その第1の目標車速指令値となるように車両の速度制御を行う設定車速制御手段と、車両が安定して走行可能な限界旋回状態に近づいたと判定すると車両の安定した旋回走行を維持するために必要な目標減速度を演算しその目標減速度に応じた制動力を車両に負荷する旋回安定制御手段とを、備えた車両の車速制御装置において、上記旋回安定制御手段が演算した目標減速度に応じた第2の目標車速指令値と、上記目標車速制御手段が演算した第1の目標車速制令値とのうち小さい方を第3の目標車速指令値として演算し、その第3の目標車速指令値となるように排他的に車両の速度を制御するものである。
そして、上記第1の目標車速指令値と第2の目標車速指令値とがともに増加する際に第2の目標車速指令値が第1の目標車速指令値よりも低いときは上記第3の目標車速指令値が第2の目標車速指令値よりも低い値となるように車速の増加率を制限し、且つ、上記第3の目標車速指令値が第1の目標車速指令値であると判定した場合の上記車速の増加率は、第3の目標車速指令値が第2の目標車速指令値であると判定した場合の上記車速の増加率よりも大きい
本発明によれば、安定した旋回を確保するための旋回安定制御が作動して自動的に減速が発生する必要がある状態では、設定速度とするための目標車速制御による加速制御が行われることが防止されて、旋回限界を超えずに安定して旋回をすることが可能となる。
一方、旋回安定制御が作動して自動的に減速が掛かる状態であっても、設定速度とするための減速の方が大きいような第1の目標車速指令値であれば、その減速が確保されるように車速制御が行われて、所定の望ましい設定速度に制御することが可能となる。
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、設定車速制御手段として先行車追従制御装置を例に挙げて説明する。
図1は、本実施形態のシステム構成を示す図である。すなわち、目標車速設定手段を構成する車間距離制御本体部1と、旋回安定速度設定手段を構成する旋回安定速度設定部2と、車速指令値演算手段を構成する車速指令値演算部3と、車速制御手段を構成する車速制御部部4と、を備える。
上記車間距離制御本体部1は、先行車認識部1A、車間距離指令値演算部1B、車両追随用目標車速演算部1C、及び車速設定部1Dを備える。
先行車認識部1Aは、車輪速センサからの信号に基づき自車両の速度を演算すると共に、車間距離センサからの信号に基づき、先行車両の有無や自車両と先行車両との車間距離を求める。
車間距離指令値演算部1Bは、上記車間距離や自車両の速度、先行車と自車両との相対速度、加速度などに基づき先行車に安全に追従走行可能な車間距離指令値を演算する。
車両追随用目標車速演算部1Cは、相対速度などに基づき、車間距離を上記車間距離指令値に一致させるための第1の目標車速指令値Vacc を演算し、該第1の目標車速指令値Vacc を車速指令値演算部3に出力する。
また、上記旋回安定速度設定部2は、旋回状態量演算部2A、限界旋回状態量演算部2B、及び旋回限界目標車速演算部2Cを備える。
旋回状態量演算部2Aは、車速センサからの信号によって各輪の車輪速度を演算し、舵角センサからの信号に基づき操舵角を演算し、加速度センサからの信号に基づき前後・左右加速度を演算し、車輪速から車体速を演算すると共に、該車体速及び左右加速度から旋回半径を演算する。
限界旋回状態量演算部2Bは、車体速度Vなどに基づき限界旋回半径RLを演算すると共に、現在の旋回半径Rにおける限界旋回速度VLを演算する。例えば、車両によって定まる限界車体左右加速度をDDY1とすると、下記式から求めることが出来る。なお、上記限界車体左右加速度をDDY1は、車輪のスリップ率に応じて変化させるようにするなど路面状況を加味するようにしても良い。
RL = V2 /DDY1
VL =√(R・DDY1)
旋回限界目標車速演算部2Cは、現在の旋回半径が限界旋回半径に近づいたか、または、現在の車体速度が限界旋回速度に近づいたか判定し、近づいたと判定した場合には、現在の旋回半径、限界旋回半径、現在の車体速度、限界旋回速度に基づき安定した旋回を確保するための目標減速度を演算し、該目標減速度とするための第2の目標車速指令値Vcop を演算する。なお、第2の目標車速指令値Vcop の初期値として設定車速指令値Vset よりも大きな値を設定しておく。なお、上記判定は、例えば下記式で判定し、下記式を満足する場合に旋回安定のための自動減速を行うようにすれば良い。
V >k・VL or R >h・RL (但しk、h <1)
また、上記車速指令値演算部3は、後述のように第1の目標車速指令値Vacc 及び第2の目標車速指令値Vcop に基づき第3の目標車速指令値Vt を演算する。これについては後述する。
車速制御部4は、車速サーボ演算部4A、トルク分配制御演算部4B、エンジントルクコントローラ4C、及びブレーキ液圧コントローラ4Dから構成されている。
また、上記車速サーボ演算部4Aは、第3の目標車速指令値Vt となるように車両を駆動・減速制御を行うもので、上記第3の目標車速指令値Vt とするための目標減速度若しくは目標加速度(以下、目標加減速度と呼ぶ)を演算し、その目標加減速度に応じた制動指令値をブレーキ液圧コントローラ4Dに出力すると共に駆動指令をエンジントルクコントローラ4Cに出力する。ホイルトルク分配制御演算部4Bは、エンジントルク、ブレーキトルクのトルク分配を演算する処理部である。
ブレーキ液圧コントローラ4Dは、入力した制動指令値となるように各輪のブレーキの制動液圧を調整する。エンジントルクコントローラ4Cは、入力した駆動指令となるようにスロットル開度などによってエンジン出力を制御する。符号5は制御対象である車両を示す。
次に、上記車速指令値演算部3の処理について、図面を参照しつつ説明する。
車速指令値演算部3は、所定のサンプリング時間毎に、図2に示す処理が行われる。
すなわち、まずステップS110にて車速設定部1Dから設定車速指令値Vset を入力する。設定車速指令値Vset とは、先行車が存在せず追従制御をしていない場合に定速走行する時の目標車速指令値である。続いて、ステップS120にて、安定した旋回を得るための第2の目標車速指令値Vcop を旋回限界目標車速演算部2Cから入力し、ステップS130にて、先行車に追従する為に必要とする第1の目標車速指令値Vacc を車両追従目標車速演算部1Cから入力する。
ステップS140では、安定旋回制御(COPとも呼ぶ)を作動介入するか否か否かを判断する。制御介入と判断された場合はステップS150へ、作動介入させない場合はステップS160へ進む。
ステップS150では、前記3つの目標車速指令値Vset 、Vacc 、Vcop のセレクトローを行い、一番小さな値を第3の目標車速指令値Vt (n)としてステップS170に移行する。なお、第3の目標車速指令値Vt (n)の(n)は現在値を示す。
また、ステップS160では、第1の目標車速指令値Vacc と設定車速指令値Vset の2つの車速指令値についてセレクトローを行い、小さい側の値を第3の目標車速指令値Vt (n)とする。なお、安定旋回制御を作動介入していない場合における第2の目標車速指令値Vcop として大きな値を設定する場合には、ステップS140及びS160の処理は不要である。
続いて、ステップS170では、前サイクルで保存された前回値である第3の目標車速指令値Vt (n−1)を入力する。制御1サイクル目で前回値が無い場合には、例えば現在の車体速度を前回値とする。
ステップS180では、第3の目標車速指令値の現在値Vt (n)、前回値Vt (n)、及び1サイクルの時間ステップ△tから、下記式に基づき、車両の加減速度DDXt を演算してステップS190に移行する。
Vt(n)−Vt(n−1)
DDXt = ───────────────────
Δt
ステップS190では、加減速度DDXt が加速度制限値DDXaを超えているか判定する。超えていた場合はステップS210に移行し、越えていない場合にはステップS200に移行する。
ステップS210では、車速指令値の増加率を加速度制限値DDXa内に抑えるように、下記式のように、車速指令値の増加が限界値となるように変更してステップS230に移行する。なお、加速制限値DDXaを、第3の目標車速指令値Vt が第1の目標車速指令値Vacc と等しいか第2の目標車速指令値Vcop と等しいかによって変更するようにしても良い。
Vt (n) =Vt (n−1) +DDXa×Δt
ステップS200では、加減速度が、減速度制限値DDXdを下回っているか判定する。下回っていた場合はS220に移行し、下回っていない場合にはステップS230に移行する。
ステップS220では、車速指令値の減少率を減速度制限値DDXd内に抑えるように、つまり下記式のように、車速指令値の減少が限界値となるように変更してステップS230に移行する。なお、減速度制限値DDXdを、第3の目標車速指令値Vt が、第1の目標車速指令値Vacc と等しいか第2の目標車速指令値Vcop と等しいかによって変更するようにしても良い。
Vt (n) =Vt (n−1) +DDXd×Δt
ステップS230では、現在の第3の目標車速指令値Vt (n)をメモリに保存した後、ステップS240にて、上記演算した第3の目標車速指令値Vt (n)を出力して処理を終了する。
ここで、ステップS190〜S220は、加速度制限手段及び減速度制限手段を構成する。
次に、上記構成についての動作や作用効果について説明する。
車両が直進走行中や、曲線路を走行中であっても安定した旋回が十分に可能な旋回車速状態の場合には、旋回安定制御の作動介入が無い。したがって、先行車との距離を安全車間距離とする設定車速となるように目標車速指令値が演算されて例えば先行車両と同一の速度で走行し、また、先行車両が無い状態では予め設定した設定車速値となるように制御される。
一方、曲線路を、先行車に追従するように走行しているとき、安定して旋回走行可能な限界旋回状態に近づくと、安定して旋回可能な状態とするために演算される第2の目標車速指令値Vcop が、先行車追従のための第1の目標車速指令値Vacc よりも小さい場合には、車両の速度が第2の目標車速指令値Vcop となるように排他的に制御されて、安定した旋回走行が行われる。この場合、先行車追従のための第1の目標車速指令値Vacc よりは車速が遅く制御されるが、安定して旋回走行可能な限界旋回状態が解消すると再び先行車追従のための第1の目標車速指令値Vacc に制御される。
このように、本実施形態では、先行車追従制御と安定旋回制御との両方の制御を搭載しても、安定した旋回走行のために自動減速が実施されて車速が低下させているときに、先行車追従制御が第1の目標車速指令値Vacc とするための加速指令が出されるようなことが回避されて、安全に旋回走行することが可能となる。
図3に、本実施形態における、目標車速指令値のタイムチャート例を示す。図中、実線が第3の目標車速指令値Vt である。図4及び図6においても同様である。
ここで、安定旋回のための自動減速が作用している状態でコーナの出口に向かった場合には、安定旋回制御での第2の目標車速指令値Vcop の上昇(目標減速度の低減)にともない車両は加速していくが、通常、カーブ出口付近で旋回状態量は大きく減少し、それに伴い上記第2の目標車速指令値Vcop も急激に上昇する。しかし安定旋回制御が作動するような状況は、山間路や連続カーブ路などであるため、車両の車速を急激に上昇させるような大きな加速度が発生することは好ましくない場合が多い。
これに対し、本実施形態では、加速制限を設けることで大きな加速度の発生を防止している。
一方で、先行車追従制御を考えると、目標とする車速に対し実車速が低い場合は、速やかに目標車速を達成するように、前記カーブ状態よりも大きな加速度で速度が上昇することが好ましい。したがって、第3の目標車速指令値Vt が第2の目標加速指令値の場合よりも、第3の目標車速指令値Vt が第1の目標加速指令値の場合の方が、上記加速制限値を大きく設定することが好ましい。このように加速制限に違いを設けることで、先行車追従制御の加速不良を抑えつつ、カーブ途中は効果的に加速度の制限を行うことが出来るようになる。
また、本実施形態では、目標車速指令値の減速度についても制限を加えることで、第3の目標車速指令値Vt が、第1の目標車速指令値Vacc 状態から第2の目標車速指令値Vcop 状態に切り替わるなどの目標車速指令値の基準が切り替わる際における、車速変化を小さく抑えることが可能となる。なお、この場合についても、第3の目標車速指令値Vt が、第1の目標車速指令値Vacc 状態(先行車追従制御時))の場合と第2の目標加速指令値状態(安定旋回制御時)の場合とで上記減速度限界値を異なるように設定しても良い。
上述のように目標車速指令値に加速度制限及び減速度制限を実施した場合における目標車速指令値の推移例を図4に示す。
ここで、上記実施形態では、目標車速設定手段として先行車追従制御を例に挙げているがこれに限定されない。例えば、目標車速設定手段として、車両を一定速度に制御する定速走行制御であっても良い。
また、本実施形態では、先行車追従制御の車速サーボ部分と、安定旋回制御の車速サーボ部分とを共通化した場合を例示しているが、車速サーボ部分を、両制御で個別に持たせて、第1の目標車速指令値Vacc と第2の目標車速指令値Vcop の比較によって2つの車速サーボを排他的に作動するように構成しても良い。
次に、第2実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記第1実施形態と同様な部分については同一の符号を付して説明する。
第2実施形態の基本構成は、上記第1実施形態と同様であるが、上記車速指令値演算部3の処理の一部が異なる。
第2実施形態の車速指令値演算部3の処理について図5に基づき説明する。なお第1実施形態と同じ処理については同一の符号を付して、その説明を省略する。
図5から分かるように、ステップS150とステップS170との間に、ステップS400〜ステップS480の処理を追加した点が、第1実施形態と異なる。なお、本第2実施形態では、図2におけるステップS140及びステップS160の処理を省略している。
本第2実施形態では、第3の目標車速指令値Vt が第1の目標車速指令値Vacc か第2の目標車速指令値Vcop かによって、加速度制限値DDXa及び減速度制限値DDXdを変更すると共に、加速時において、第2の目標車速指令値Vcop 状態から第1の目標車速指令値Vacc 状態への移行時における車速変化が滑らかとなるように制御している。
すなわち、ステップS150で第3の目標車速指令値Vt をセレクトローで演算した後にステップS400に移行すると、当該ステップS400では、現在の第3の目標車速指令値Vt として第2の目標車速指令値Vcop が選択されたか否かを判定し、第2の目標車速指令値Vcop で選択された場合にはステップS410に移行し、その他が選択された場合にはステップS440に移行する。
ステップS410では、第2の目標車速指令値Vcop が第1の目標車速指令値Vacc よりも小さいので、加速度制限値DDXaとして第2の目標車速指令値Vcopに応じた安定旋回用の加速度制限値DDXa-cop に設定し、続いて、ステップS420にて、減速度制限値DDXdも、安定旋回用の減速度制限値DDXd-cop に設定してステップS430に移行する。
ステップS430では、カウンタλを「0」に初期化した後にステップS170に移行する。このカウンタλは、ステップSS440で加速度制限値DDXaを滑らかに変化させるために使用するものである。
一方、ステップS400にて、第3の目標車速指令値Vt が第2の目標車速指令値Vcop でないと判定された場合(例えば、第1の目標車速指令値Vacc が第2の目標車速指令値Vcopよりも小さいとき)にはステップS440に移行して、下記式に基づき加速度制限値DDXaを設定変更する。
DDXa =λ×DDXa-acc +(1−λ)×DDXa-cop
ここで、DDXa-acc は、追従制御用の加速度制限値である。
続いて、ステップS450にて、減速度制限値DDXdとして、先行車追随用の減速度制限値DDXd-acc を設定し、ステップS460にて、下記式のようにカウンタλに順次定数cを加算してステップS470に移行する。上記cは、演算する旋回半径Rや、その微分値dR/dtなどの関数としておいて、旋回状態量が小さいほど、cが大きくなるように設定しても良い。また、上記ステップS440及びステップS460の処理によって、第3の目標車速指令値Vt が第2の目標車速指令値Vcop から第1の目標車速指令値Vacc 側に切り替わっても、加速制限値は徐除に大きくなるように制御される。
λ =λ +c
ステップS470では、カウンタλが1より小さいか否かを判定し、1より小さいと判定した場合にはステップS170に移行し、そうでない場合にはステップS480に移行してカウンタλに「1」を代入して1を越えないように制限してステップS170に移行する。
ステップS170以降の処置は上記第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
次に、第2実施形態の動作や作用・効果などについて説明する。
本実施形態では、実際に採用される目標速度制限値に対する加速制限値を、安定旋回制御のための目標速度指令値に制御する場合に比べて、設定速度にするための目標速度指令値に制御する場合の方が大きく設定されることで、先行車追従制御のための加速不良を抑えつつ、カーブ途中は効果的に加速度の制限を行って安定した旋回走行が可能となる。
さらに、実際に採用される目標速度制限値は、安定旋回制御のための第2の目標車速指令値Vcop から設定速度にするための第1の目標車速指令値Vacc に切り替わったときには、徐徐に加速度制限値を大きくしている。
このため、例えば、コーナーの出口においては、安定旋回制御のための目標車速から、先行車追従のための目標車速に車速指令値が移行した際に、先行車がいない場合など、急激に第1目標車速指令値が上昇して急加速が始まる場合がある。しかし本実施形態では、コーナーの出口に差し掛かった場合は徐々に先行車追従のための目標車速に車速指令値を近づけていくことにより、急激な加速度変化が防止され、車両挙動の乱れも軽減することが可能となる。
図6に、本第2実施形態での目標速度指令値の推移例を示す。
その他の構成や効果などについては上記第1実施形態と同様である。
本発明に基づく第1実施形態に係るシステム構成図を示す図である。 本発明に基づく第1実施形態に係る車速指令値演算部の処理を示す図である。 本発明に基づく第1実施形態に係る目標車速指令値の推移例を示す図である。 本発明に基づく第1実施形態に係る目標車速指令値の推移例を示す図である。 本発明に基づく第2実施形態に係る車速指令値演算部の処理を示す図である。 本発明に基づく第2実施形態に係る目標車速指令値の推移例を示す図である。
符号の説明
1 車間距離制御本体部
2 旋回安定速度設定部
3 車速指令値演算部
4 車速制御部
Vacc 第1の目標車速指令値
Vcop 第2の目標車速指令値
Vt 第3の目標車速指令値

Claims (2)

  1. 所定の設定車速に応じた第1の目標車速指令値を演算若しくは決定する目標車速設定手段と、車両が安定して走行可能な限界旋回状態に近づいたと判定すると車両の安定した旋回走行を維持するために必要な目標減速度を演算しその目標減速度に応じた第2の目標車速指令値を演算する旋回安定速度設定手段と、上記第1の目標車速指令値と第2の目標車速指令値とのうち小さい方を第3の目標車速指令値として演算する車速指令値演算手段と、上記第3の目標車速指令値に応じた車速に車両の速度を制御する車速制御手段とを備え、
    上記第1の目標車速指令値と第2の目標車速指令値とがともに増加する際に第2の目標車速指令値が第1の目標車速指令値よりも低いときは上記第3の目標車速指令値が第2の目標車速指令値よりも低い値となるように車速の増加率を制限し、且つ、上記第3の目標車速指令値が第1の目標車速指令値であると判定した場合の上記車速の増加率は、第3の目標車速指令値が第2の目標車速指令値であると判定した場合の上記車速の増加率よりも大きいことを特徴とする車両の車速制御装置。
  2. 第3の目標車速指令値が、第1の目標車速指令値から第2の車速指令値に切り替わると判定した場合には、車速の減少率を所定減速度以下に制限する減速制限手段を備えることを特徴とする請求項に記載した車両の車速制御装置。
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