JP6068173B2 - 車両の走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、クルーズ走行においても通常の運転と同等の加速感を得ることのできる車両の走行制御装置に関する。

従来、例えば、車間距離制御付クルーズ制御（ＡＣＣ：Adaptive Cruise Control）装置は、車両に搭載したミリ波レーダ、赤外線レーザレーダ、ステレオカメラや単眼カメラ等で取得した自車両前方の走行環境（先行車、障害物等）を認識して、自車両の走行制御を行う技術が種々提案されている。

このようなＡＣＣ装置では、自車両前方に車両（先行車）を捕捉していない場合は、運転者が設定した車速（セット車速）を目標車速として定速走行し、先行車を捕捉し、しかも、この先行車の車速がセット車速以下のときは、先行車に対し所定の車間距離を開けた状態で追従する追従走行制御が行われる。

そして、自車両の車速（自車速）が目標車速（セット車速或いは先行車速）よりも遅い場合、その差分に応じた目標加速度を設定し、所定に加速させることで自車速を目標車速に速やかに到達させるようにしている。

ところで、自然吸気エンジンは、スロットル弁の開度（スロットル開度）に対しエンジン出力がほぼ直線的に変化するため、クルーズ走行（以下「ＡＣＣ走行」と称する）においてはスロットル開度を制御することで所望のエンジン出力を容易に得ることができる。

しかし、過給機付エンジンでは、スロットル開度に対するエンジンの出力特性が強い非線形を有しているため、自然吸気エンジンと同じ制御を行っても安定したエンジン出力特性を得ることは困難である。

そのため、例えば特許文献１（特許第４４７４３２６号公報）には、ＡＣＣ走行時は、ターボ過給機の過給圧を一定の低圧に固定することで、スロットル開度の変化に対するエンジン出力変動を抑制し、良好な走行安定性を得るようにした技術が開示されている。

特許第４４７４３２６号公報 特開平６−２６３５１号公報

しかし、上述した文献に開示されている技術では、ＡＣＣ走行においてターボ過給機が一定の低圧に固定されるため、通常の運転では得られる筈の加速感を得ることができなくなり、運転者の期待感を損なうことになる。

又、通常の運転では、運転者がターボ過給機の有するターボラグ（過給圧の立上がり遅れ）を経験的に把握しているため、トルクの落ち込みを予測してアクセルペダルを踏み足す操作を行っている。しかし、ＡＣＣ走行時の加速度はほぼ一定に設定されるため、特に低速域での加速走行では、上述したターボラグによりトルク不足が発生し、運転者に物足りなさを感じさせてしまう不都合がある。

この対策として、例えば特許文献２（特開平６−２６３５１号公報）には、プライマリターボとセカンダリターボとを備えたシーケンシャルターボにおいて、ＡＣＣ走行時、自車速が目標車速よりも所定以上低い場合、ブライマリターボのみを稼働させることで、良好な応答性を得るようにした技術が開示されている。

しかし、特許文献２は、シーケンシャルターボエンジンを搭載する車両にのみに適用可能であり、シングルターボエンジン搭載車には適用できず、汎用性に欠ける問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、過給機付エンジンであっても、クルーズ走行時は通常の運転と同様の加速感を得ることができて、運転者の期待感を損なうことがなく、しかも、ターボ過給機の種別に影響することなく適用できて、良好な汎用性を得ることのできる車両の走行制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンに供給すると共に過給機にて過給された吸気の過給圧を検出する過給圧検出手段と、スロットル弁を開閉動作させるスロットルアクチュエータと、予め設定したクルーズ走行用目標車速、或いは先行車と自車両との相対車速に基づいて設定したクルーズ走行用目標車速の一方に基づき、前記自車両の車速を前記一方の目標車速に収束させる目標加速度を求める目標加速度演算手段と、前記目標加速度を得るための要求トルクを求める要求トルク演算手段と、前記要求トルクと前記過給圧検出手段で検出した過給圧とに基づいて記憶手段に記憶されているエンジン指示トルクマップを検索してエンジン指示トルクを求める指示トルク演算手段と、前記エンジン指示トルクに対応する指示スロットル開度を求めると共に、該指示スロットル開度に対応する駆動信号にて前記スロットルアクチュエータを動作させるスロットル開度演算手段とを備える車両の走行制御装置において、前記エンジン指示トルクマップは、前記過給圧が低く且つ前記要求トルクが高いターボラグが顕著に現れる領域に格納されている前記エンジン指示トルクが、該ターボラグを短縮させる高い値に設定されている。

本発明によれば、クルーズ走行において検索するエンジン指示トルクマップの、ターボラグが顕著に現れる領域に格納されているエンジン指示トルクを、ターボラグを短縮させる高い値に設定したので、過給機付エンジンであっても、クルーズ走行時は通常の運転と同様の加速感を得ることができ、運転者の加速に対する期待感を損なうことがなくなる。又、エンジン指示トルクマップに格納されているエンジン指示トルクの値を変更するだけであるため、ターボ過給機の種別に影響することなく個別に適用することができ、良好な汎用性を得ることができる。

エンジン制御ユニットとクルーズ制御ユニットとを有する走行制御装置の概略構成図 クルーズ制御時のエンジン制御ユニットとクルーズ制御ユニットとの構成を示す機能ブロック図 エンジン指示トルクマップの概念図 指示トルクとスロットル開度と過給圧と実際のトルクとの関係を示すタイムチャート

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１の符号１はターボ過給機付エンジン（以下単に「エンジン」と称する）であり、このエンジン１の吸気側に吸気管２が連通され、排気側に排気管３が連通されている。又、吸気管２の中途に、スロットル弁４が介装され、その更に上流側にターボ過給機５を構成するコンプレッサ５ａが介装されている。尚、図示しないが吸気管２の吸気取り入れ口にはエアクリーナが介装されている。

又、スロットル弁４は電子制御スロットルを構成しており、このスロットル弁４にスロットルアクチュエータ６が連設されている。尚、スロットルアクチュエータ６は、ステップモータ或いはサーボモータ等のスロットルモータであり、このスロットルモータによりスロットル弁４が直接開閉動作される。更に、排気管３の中途にターボ過給機５を構成するタービン５ｂが介装され、更に、その下流にマフラ（図示せず）が介装されている。

又、スロットル弁４には、このスロットル弁４のスロットル開度ＴＨ[%]を検出する、ポテンショメータ等のスロットル開度センサ１０が配設されており、更に、吸気管２のスロットル弁４下流に、このスロットル弁４下流の圧力（吸気管圧力）を絶対圧で検出する過給圧検出手段としての圧力センサ１１が連通されている。尚、本実施例では、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａで過給された吸気の過給圧を圧力センサ１１で検出しているため、以下においては吸気管圧力を過給圧Ｐｔと読み替えて説明する。

この各センサ１０，１１はエンジン１の運転状態を制御するエンジン制御ユニット（Ｅ／Ｇ＿ＥＣＵ）２１の入力側に接続されている。このＥ／Ｇ＿ＥＣＵ２１には、上述した各センサ１０，１１以外に、自車速Ｖを検出する車速センサ１２、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ１３等、エンジン１の運転状態を検出するセンサ類が接続されている。Ｅ／Ｇ＿ＥＣＵ２１は、ＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリ及びＣＰＵを有するマイクロコンピュータ等のコンピュータで構成されており、ＲＯＭには制御プログラムや各種マップ等の固定データが記憶されている。Ｅ／Ｇ＿ＥＣＵ２１は、制御プログラムに従い、入力された各センサ類の信号に基づき空燃比制御、点火時期制御等の通常のエンジン制御を実行する。

一方、符号２２は前方認識手段としての前方認識部であり、車載カメラ２３と、この車載カメラ２３で撮影した自車両前方の画像等を処理する画像認識ユニット（ＩＰＵ）２４とが設けられている。車載カメラ２３はメインカメラ２３ａとサブカメラ２３ｂとを有するステレオカメラであり、この両カメラ２３ａ，２３ｂは車室内前部の上部（例えば、ルームミラの両側）に一定の間隔を保持した状態で固設されている。又、ＩＰＵ２４は、両カメラ２３ａ，２３ｂで撮影した自車前方の走行環境の画像信号を所定に画像処理すると共に、処理後の画像に基づいて、自車両直前を走行する先行車、自車両前方のカーブ等の道路形状等の前方情報を認識する。このＩＰＵ２４で認識した情報は、車間距離制御付クルーズ制御ユニット（ＡＣＣ＿ＥＣＵ）２５に前方認識情報として出力される。

ＡＣＣ＿ＥＣＵ２５は、上述したＥ／Ｇ＿ＥＣＵ２１と同様、ＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリ及びＣＰＵを有するマイクロコンピュータ等のコンピュータで構成されており、ＲＯＭには制御プログラムや各種マップ等の固定データが記憶されている。このＡＣＣ＿ＥＣＵ２５は、制御プログラムに従い、入力された各センサ類の信号に基づき、車両走行に必要な指示トルクを演算する。尚、この両ＥＣＵ２１，２５は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等、周知の車内通信回線２６を通じて相互通信可能に接続されている。

又、このＡＣＣ＿ＥＣＵ２５の入力側には、ＩＰＵ２４以外に、運転者が操作するステアリングホイール（ハンドル）等に併設されてＡＣＣ走行時の目標車速Ｖｔ（＝セット車速Ｖｓｅｔ）を設定するセット車速スイッチ１６が接続されている。

このＡＣＣ＿ＥＣＵ２５では、入力されたパラメータに基づいて目標駆動力Ｆｔを求め、この目標駆動力Ｆｔを実現するために要求するクルコン要求トルク（以下、単に「要求トルク」と称する）Ｔｄを求め、この要求トルクＴｄと過給圧Ｐｔに基づいて、エンジン指示トルクＴE/Gを設定する。又、自車走路の前方に先行車が認識され、この先行車の車速がセット車速Ｖｓｅｔよりも遅い場合、現在の車間距離の変化から相対車速が求められ、この相対車速に基づいて、実際の車間距離を予め設定した目標車間距離に維持させるための目標車速（追従目標車速）Ｖｔが設定される。

図２に示すように、ＡＣＣ＿ＥＣＵ２５には、エンジン指示トルクＴE/Gを求める機能として、目標加速度演手段としての目標加速度演算部２５ａ、駆動力演算部２５ｂ、要求トルク演算手段としての要求トルク演算部２５ｃ、及び指示トルク演算手段としての指示トルク演算部２５ｄを備えている。

このＡＣＣ＿ＥＣＵ２５で求めたエンジン指示トルクＴE/Gは、Ｅ／Ｇ＿ＥＣＵ２１で読込まれる。このＥ／Ｇ＿ＥＣＵ２１は、指示スロットル開度ＴＨｄ[%]を求める機能として、スロットル開度演算手段であるスロットル開度演算部２１ａを備えている。

次に、上述したＡＣＣ＿ＥＣＵ２５、Ｅ／Ｇ＿ＥＣＵ２１で実行されるＡＣＣ走行時のエンジン制御について説明する。

ＡＣＣ＿ＥＣＵ２５の目標加速度演算部２５ａは、ＩＰＵ２４で求めた前方認識情報に基づいて先行車が認識されている場合は、先行車と自車両との車間距離を時間微分することで相対車速を求め、この相対車速に基づいて上述した追従目標車速Ｖｔを設定し、この追従目標速度Ｖｔを時間微分することで、目標車間距離を維持した状態で追従走行させるための目標加速度αｔを設定する。一方、先行車が認識されていない場合は、セット車速Ｖｓｅｔと自車速Ｖとの差を時間微分することで、自車速Ｖをセット車速Ｖｓｅｔに収束させるための目標加速度αｔを設定する。

駆動力演算部２５ｂは、走行抵抗（空気抵抗、加速抵抗、転がり抵抗、勾配抵抗）を求める。この中で、加速抵抗は自車速Ｖを時間微分して求めた加速度αを重力加速度ｇで除算することで求める（α／ｇ）。尚、勾配抵抗は、既存のセンサ（例えば、前後加速度センサ）を用いて検出した路面勾配θと自車両の総重量Ｗとに基づいて求める（Ｗ・sinθ）。又、路面勾配θは、前後加速度Ｇｘからα／ｇ（ｇ：重力加速度）を減算することで求める（θ＝Ｇｘ−α／ｇ）。尚、本実施形態では、空気抵抗、及び転がり抵抗を一定値としている。

そして、この各抵抗成分を加算して走行抵抗Ｒを求め、この走行抵抗Ｒと目標加速度αｔとに基づき、目標加速度αｔを得るための目標駆動力Ｆｔを、
Ｆｔ＝Ｗ・αｔ＋Ｒ
から求める。

そして、要求トルク演算部２５ｃにおいて、目標駆動力Ｆｔに対応する要求トルクＴｄを求める。具体的には、先ず、目標駆動力Ｆｔと車速Ｖとに基づいて目標出力Ｐｗを設定する。次いで、この目標出力Ｐｗと総減速比σｉとに基づいて要求トルクＴｄを、
Ｔｄ＝Ｐｗ・ｒ／σｉ
から求める。ここで、ｒは駆動輪の半径である。又、総減速比σｉは、例えば、自動変速機が無段変速機（ＣＶＴ）である場合、プライマリ回転数Ｎｐとセカンダリ回転数Ｎｓとの変速比ｉ（＝Ｎｐ／Ｎｓ）に、減速歯車列、デファレンシャル装置等、ＣＶＴ以降の減速比（固定値）を乗算して算出する。

指示トルク演算部２５ｄは、要求トルクＴｄと過給圧Ｐｔとに基づき、図３に示すエンジン指示トルクマップを補間計算付きで参照し、エンジン指示トルクＴE/Gを求める。このエンジン指示トルクＴE/Gは、ＲＯＭ（記憶手段）に記憶されている固定データであり、その特性は、過給圧Ｐｔ毎に設定される要求トルクＴｄと殆ど同じ値であるが、ターボラグ（過給圧の立上り遅れ）が顕著に現れる領域のエンジン指示トルクＴE/Gを、要求トルクＴｄよりも高く設定して、全体としてターボラグの短縮を図るようにしている。

すなわち、図４に太線で示す要求トルクＴｄと破線で示す過給圧Ｐｔとはほぼ比例しており、従って、スロットル弁４の開度により過給圧Ｐｔを制御することで、要求トルクＴｄに対応するエンジントルクを得ることができる。しかし、一般に、ターボ過給機５は特有のターボラグ（過給圧の立上り遅れ）を有しており、要求トルクＴｄに対応するスロットル開度でスロットル弁４を開弁させても、図４に一点鎖線で示すように、過給圧Ｐｔの立ち上がり遅れにより、エンジントルクに一時的な落ち込みが発生する。このターボラグは、過給圧Ｐｔが低く、且つ要求トルクＴｄが高い領域で顕著に発生する。

そのため、本実施形態では、図３のエンジン指示トルクマップに示すように、ターボラグが顕著に現れる領域（本実施形態では、過給圧Ｐｔが低く、且つ要求トルクＴｄが高い領域）に格納されているエンジン指示トルクＴE/Gを、同図に一点鎖線で示す従来の値よりも、高く設定している。ターボラグが顕著に現れる領域のエンジン指示トルクＴE/Gを、どの程度高くするかは、実験などから最適な値を求めて決定する。尚、このターボラグが顕著に現れる領域は、ターボ過給機毎に個体差を有しているので、エンジン指示トルクＴE/Gの特性はターボ過給機毎に設定されている。

この指示トルク演算部２５ｄで求めたエンジン指示トルクＴE/Gは、Ｅ／Ｇ＿ＥＣＵ２１のスロットル開度演算部２１ａで読込まれる。スロットル開度演算部２１ａは、指示トルク演算部２５ｄで求めたエンジン指示トルクＴE/Gに基づきスロットルマップ（図示せず）を参照して、指示スロットル開度ＴＨｄ[%]を設定する。このスロットルマップは、エンジン指示トルクＴE/Gを、指示スロットル開度ＴＨｄ[%]に変換するもののであり、エンジントルクとスロットル開度との関係を予め実験などで求めてマップ化したものである。

そして、スロットル開度演算部２１ａは、設定した指示スロットル開度ＴＨｄに対応する駆動信号をスロットルアクチュエータ６へ出力し、スロットル弁４を所定に開閉動作させる。尚、上述したＡＣＣ＿ＥＣＵ２５の目標加速度演算部２５ａで設定する目標加速度αｔが、先行車との相対車速、或いはセット車速Ｖｓｅｔと自車速Ｖとの差に基づいて設定されるため、結果的に、この目標加速度αｔによってスロットル弁４の開度はフィードバック制御される。

スロットル開度演算部２１ａで設定される指示スロットル開度ＴＨｄは、スロットルマップを参照して設定されたエンジン指示トルクＴE/Gに基づいて設定されており、このスロットルマップに格納されているエンジン指示トルクＴE/Gの特性は、ターボラグの著しい領域のエンジン指示トルクＴE/Gが高い値に設定されているため、図４に示すように、過給圧Ｐｔの落ち込みが著しい領域の指示スロットル開度ＴＨｄが大きな値に設定される。

すると、その領域ではスロットル開度ＴＨが大きく開弁し、吸入空気量の増加に伴い、排気圧が高くなり、その分、ターボ過給機５のタービン５ｂの回転数が促進され、コンプレッサ５ａの回転数が急増する。その結果、ターボラグが短縮され、図４の破線で示すように、ほぼ要求トルクＴｄに沿った特性となり、ＡＣＣ走行時の目標加速度αｔと実際の加速度とがほぼ一致し、通常の運転と同様の加速感を得ることができ、運転者の期待感に沿った特性を得ることができる。

又、スロットルマップに格納されているエンジン指示トルクＴE/Gの特性を変更するだけで対応しているので、ターボ過給機に対して個別に対応することができ、良好な汎用性を得ることができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば、スポーツモード、ノーマルモード、エコモード等、複数のエンジンモードを有する車両では、ターボラグがエンジンモード毎に相違するため、ＡＣＣ走行においては、上述したエンジン指示トルクマップをエンジンモード毎に備えるようにし、ターボラグをエンジンモード毎に短縮できるようにしても良い。

１…エンジン、
５…ターボ過給機、
６…スロットルアクチュエータ、
１１…圧力センサ、
１６…セット車速スイッチ、
２１ａ…スロットル開度演算部、
２５ａ…目標加速度演算部、
２５ｂ…駆動力演算部、
２５ｃ…要求トルク演算部、
２５ｄ…指示トルク演算部、
Ｆｔ…目標駆動力、
Ｐｔ…過給圧、
Ｐｗ…目標出力、
Ｔｄ…要求トルク、
ＴE/G…エンジン指示トルク、
ＴＨ…スロットル開度、
ＴＨｄ…指示スロットル開度、
Ｖ…自車速、
Ｖｓｅｔ…セット車速、
Ｖｔ…目標車速、
α…加速度、
αｔ…目標加速度

Claims (2)

1. エンジンに供給すると共に過給機にて過給された吸気の過給圧を検出する過給圧検出手段と、
   スロットル弁を開閉動作させるスロットルアクチュエータと、
   予め設定したクルーズ走行用目標車速、或いは先行車と自車両との相対車速に基づいて設定したクルーズ走行用目標車速の一方に基づき、前記自車両の車速を前記一方の目標車速に収束させる目標加速度を求める目標加速度演算手段と、
   前記目標加速度を得るための要求トルクを求める要求トルク演算手段と、
   前記要求トルクと前記過給圧検出手段で検出した過給圧とに基づいて記憶手段に記憶されているエンジン指示トルクマップを検索してエンジン指示トルクを求める指示トルク演算手段と、
   前記エンジン指示トルクに対応する指示スロットル開度を求めると共に、該指示スロットル開度に対応する駆動信号にて前記スロットルアクチュエータを動作させるスロットル開度演算手段と
   を備える車両の走行制御装置において、
   前記エンジン指示トルクマップは、前記過給圧が低く且つ前記要求トルクが高いターボラグが顕著に現れる領域に格納されている前記エンジン指示トルクが、該ターボラグを短縮させる高い値に設定されている
   ことを特徴とする車両の走行制御装置。
2. 前記先行車は前記自車両に搭載されている前方認識手段に設けられた車載カメラで撮影した自車両前方の画像に基づいて認識され、
   前記目標加速度演算手段は、前記相対車速に基づき前記先行車と前記自車両との車間距離を予め設定した目標車間距離に維持させるための前記目標車速を求める
   ことを特徴とする請求項１記載の車両の走行制御装置。

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