JP6253646B2 - 車両制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車の外界認識センサを利用した回生制御の装置に関するものである。
近年、車輪をエンジン及びモータ（電動機）により駆動して走行するハイブリッド車両が開発されている。
このハイブリッド車両においては、加速時にはモータによりエンジンのトルクをアシストして加速するか若しくはモータのみにより加速し、減速時においてはモータで発電することによりエネルギーを回収する。これにより、エンジンのエネルギー効率が悪い領域で、モータでトルクをアシスト若しくはモータのみを用いてエネルギー効率を向上させること、減速時に回収したエネルギーを加速時に使用することができるので、燃費の改善を行うことができる。
また、衝突時の衝撃の軽減や、ドライバーの運転負荷を低減するための外界認識装置を利用した自動制動制御装置や自動車速制御装置も提案されている。これらの装置においては、外界認識装置によって障害物との車間距離と相対速度を検出し、その検出結果から適切な減速タイミングを算出し、自動的にブレーキをかけることができる。
上記の従来技術の中の一例として、特許文献１は、レーザレーダを用いて車間距離を計測し、その結果から自車の目標減速度（回生量）を演算するハイブリッド車両の駆動制御装置を提案している。特許文献１の駆動制御装置では、目標減速度に対して実際の減速度が不足する場合は、ダウンシフト（シフトダウン）するとしている。
特開平１０−７３１６１号公報
しかし、実際の減速度が不足する場合にシフトダウンしたとしても、摩擦ブレーキ（フットブレーキ）による減速度には及ばず、実際の減速度がなお不足する場合がある。また、減速度の不足が検出されてからシフトダウンを行うまでには時間がかかるため、減速度の遅れ感をドライバーに与え、その遅れ感が違和感になる場合がある。その結果、ドライバーがフットブレーキを踏んでしまうことにより、エネルギーのロス（廃却）が発生する。
上記の課題を解決するため、本発明による車両制御装置は、車両の自動変速機のギヤ比とモータの最大トルクから回生によって発生可能の最大減速度を演算し、その減速度により目標車間距離演算部のパラメータを調整することにより、減速の開始タイミング及び減速度の変化のさせ方を予め変更することにより、前記車両のドライバーがブレーキを踏む前に、回生力により前記車両を減速させるように前記モータを制御することを特徴とする。
本発明の車両制御装置は、減速度の不足をあらかじめ予測して制御特性を変更することにより、早めに減速を開始すること、もしくは早めに強めの減速を開始することができるので、減速度の遅れ感をドライバーに与えることがなく、そのため、ドライバーがフットブレーキを踏んでしまうことによるエネルギーのロスの発生を防止若しくは最小限とすることができる。
本発明に係る車両制御装置の実施例の全体の構成図を示す。 本発明に係る車間制御装置108の制御ブロック図を示す。 本発明に係る追従減速度演算部の制御ブロック図を示す。 本発明に係る自車速制御部の制御ブロック図を示す。 ナビゲーションシステムを併用する場合の地図データの代入方法のフローチャートを示す。 モデル予測制御を使用した場合の本発明に係る車間制御装置の制御ブロック図を示す。 赤信号で前方に車両が停止している場合のイメージ図を示す。 前方に車両が居ない状態で、赤信号に突入する場合のイメージ図を示す。 本発明に係る車両制御装置において減速傾向を判断するフローチャートを示す。
まず、図１を用いて本発明に係る車両制御装置の実施例の全体の構成を説明する。この車両制御装置は、車両101前方に取り付けられる車間距離センサ102と、車間距離センサによって計測された前方車両若しくは障害物との距離によって制御を行う車間制御装置108と、車間距離制御装置108の指示に従って減速度を制御するモータ制御装置104と、前記モータ制御装置104によってトルクが制御されるモータ107と、自動変速機106のギヤ比を車間制御装置108に伝達する自動変速機（ＡＴ）制御装置105により構成される。
また、車両101には、本発明に係る制御装置による減速度が足らない場合に車両を減速させるブレーキ装置と、モータ107で回生された電力を蓄電するバッテリ121も具備されており、ブレーキ装置は、ブレーキキャリパ113と、ブレーキロータ114と、ブレーキブースタ111と、ブレーキペダル115により構成されている。
この様な構成により、ドライバーがブレーキペダル115を踏み込むと、ブレーキキャリパ113とブレーキロータ114の摩擦により車両の運動エネルギーを捨てることになるが、その前に、車間距離センサ102で計測した車間距離から車間制御装置108でドライバーのブレーキ踏込を予測し、モータ制御装置104を制御して減速を開始することにより、ドライバーのブレーキペダル115の踏込を抑制し、摩擦による運動エネルギーの消失を減少させることができる。
モータ107で発生させるトルクは、自動変速機106、ファイナルギヤ122及びタイヤ123を解して路面に力が伝わることによって減速度を発生させる。ここで、ファイナルギヤ比とタイヤ半径は固定であるため、モータ107で発生させることができる減速度は、自動変速機106のギヤ比によって変化する。そこで、ＡＴ制御装置105より取得できるＡＴギヤ比を使用して車間制御装置108の制御特性を変化させることにより、できるだけ運動エネルギーの消失を抑えている。
次に、図２を用いて車間制御装置108の構成について説明する。目標車間距離演算部210では、制御パラメータ208と相対速度221から目標車間距離209を計算する。目標車間距離209をdtとすると、dtは、式１によって算出される。
〔式１〕
Figure 0006253646
ここで、vr：相対速度221、
TTCrg：パラメータ208、である。
TTCrgは、制御パラメータ設定部211において、式２によって算出される。
〔式２〕
Figure 0006253646
ここで、amax：最大減速度212、
vt：先行車速、
ve：自車速222、である。
先行車速vtは、式３によって算出される。
〔式３〕
Figure 0006253646
この様な計算方法で目標車間距離209を求めることにより、回生によって得られる最大減速度で減速できる車間距離に目標車間距離を調整できるので、運動エネルギーを全て回生による回収の対象とすることができる。
追従減速度演算部202では、車間距離センサ102で検出された車間距離201を目標車間距離209にするための目標減速度203を算出する。
自車速制御部206は、車両状態センシング部204で検出される減速度215を目標減速度203に一致させるための目標トルク207を算出する。前記目標トルク207は、モータ制御装置104に送信され、このトルクを発生させるように回生制御が行われる。
回生減速度上限算出部213では、ＡＴ制御装置105から送信されるギヤ比214から最大減速度212を算出する。最大減速度amaxは、式４により算出される。
〔式４〕
Figure 0006253646
ここで、Tmtr：モータ最大トルク、
gat：ＡＴギヤ比214、
gf：ファイナルギヤ比、
mv：車重、
rt：タイヤ半径、である。
ブレーキランプ点灯制御部223では、目標減速度203がエンジンブレーキによる減速度を下回った場合、点灯要求226をブレーキランプ224に出力する。これによりブレーキランプが点灯する。車両状態センシング部204は、このブレーキランプの点灯状態227をモニタし、ブレーキランプ点灯信号216を追従減速度演算部202に送る。
追従減速度演算部202は、ブレーキランプ点灯信号216が点灯中を示す状態となるまで、目標減速度203の自車速制御部206への出力を抑制する。この様な目標減速度203の抑制機構を設けることにより、ブレーキランプが点灯していないにもかかわらず、回生による減速が発生するのを防ぐことができる。
減速傾向判断部225は、先行車が減速しており自車も減速し続ける可能性が高いことを判断し、減速傾向フラグ226を追従減速度演算部202に送信する。減速傾向フラグ226は、自車が減速し続ける可能性が高い状態を示すフラグであり、この減速傾向フラグ226が真の場合は、追従減速度演算部202は目標減速度が負値（加速を示す値）とならないように制限する。この様にすることにより、減速-加速の状態変化によって自動変速機106のロックアップが外れて、次に減速に移ったときに回生による減速が不可能になることを防ぐ。
図９は、減速傾向フラグの真、偽のセット方法を示すフローチャートである。まず、ステップ802においてスロットルが閉じられていることを確認し、真である場合、ステップ803において自車速が正であることを確認する。自車速が正である場合は、ステップ804において相対速度が閾値未満（車間距離センサ102が検出した物体が自車に近づいている状態）であるか否かを判断する。
ステップ804において、相対速度が閾値未満であると判断された場合、ステップ807において、その状態が一定時間以上継続しているか否かを判断する。そして、ステップ807が真になった場合は減速傾向にあると判断し、ステップ808の処理により減速傾向フラグ226を真にする。
他方、ステップ804において、相対速度が閾値以上であると判断された場合は、ステップ805において、その状態が一定時間以上経過しているか否かを判断し、真の場合は減速傾向に無いと判断し、ステップ806の処理により減速傾向フラグ226を偽にする。
次に図３を用いて、追従減速度演算部202の処理について説明する。目標車間距離演算部210から入力される目標車間距離209と車間距離センサ102から入力される車間距離201の差を加算点301において取得し、車間偏差302を算出する。次に、車間偏差302とその微分(s)値に、それぞれ伝達関数(Gd)306と伝達関数(Gv)307との積を取り、加算点308において合計する。この合計値に上下限リミッタ処理311を加えて、目標減速度203を算出する。
このリミッタ処理311に減速傾向判断部225から減速傾向フラグ226が入力されるが、この減速傾向フラグ226が真である場合、上下限リミッタ処理311の下限リミッタ値を車両が加速しない値、例えば走行抵抗相当の減速度に設定することにより、自動変速機106でロックアップが外れることを防止する。
リミッタ処理311には車両状態センシング部204からブレーキランプ点灯信号216が入力されるが、このブレーキランプ点灯信号216がブレーキランプ点灯を示す状態の時は、リミッタ処理311では上限リミッタを回生トルクが発生しない値、例えば0（零）に設定することにより、ブレーキランプが点灯していないときに回生トルクが発生して、車両が減速することを防止する。なお、このリミッタ処理は、目標減速度203ではなく、図４の目標トルク207に施しても良い。
次に図４を用いて自車速制御部206について説明する。自車速制御部206は、追従減速度演算部202から入力される目標減速度203と車両状態センシング部204から入力される減速度215の差を加算点401で取って減速度偏差402を算出する。次に減速度偏差402と伝達関数(Ga)403との積を取り、さらに目標減速度203を加えて、係数(K)406との積を取って目標トルク207とする。
車間距離センサ102は、レーザレーダ、レーダ、ステレオカメラ等、自車前方の物体との距離が検出できるセンサであれば何を用いてもよいが、ここに示す実施例では、ステレオカメラを使用している。
図７に示すような状況では、信号701が赤であるため、前方に車両702及び703が停止している場合であるが、ステレオカメラを用いると、車両の色や形状で前方に存在する物体が車両であることを判断できるため、認識している物体との距離がより離れているときから物体との距離を検出することができ、より多くのエネルギーを回生することができる。この点については、車間距離センサ102としてステレオカメラを用いることが好ましい。
また、車間距離センサ102としてナビゲーションシステムの地図を併用することも考えられる。図８に示すように、前に物体が何も無い場合は車間距離センサ102のみから回生を行うことができない。このような場合に地図を併用すると、例えば図５に示すように、ステップ502においてスロットルが閉じられているか否かを判断し、もし、閉じられている場合は、地図から算出された、交差点までの距離を車間距離201に代入（ステップ503の処理）を行うことにより、図８に示すような状況でも回生を行うことができる。
図６には、追従減速度演算部202にモデル予測制御を用いた場合のブロック図を示す。モデル予測制御を用いる場合は、追従減速度演算部202の代わりに、モデル予測制御部601を用いる。モデル予測制御を用いる評価項及び制約の例を式５に示す。
Figure 0006253646
〔式５〕
Figure 0006253646
201車間距離
202追従減速度演算部
203目標減速度
204車両状態センシング部
206自車速制御部
207目標トルク
208パラメータ
209目標車間距離
210目標車間距離演算部
211制御パラメータ設定部
212最大減速度
213回生減速度上限算出部
214ギヤ比
215減速度
216ブレーキランプ点灯
221相対速度
222自車速
223ブレーキランプ点灯制御部
224ブレーキランプ
225減速傾向判断部
226減速傾向フラグ
227点灯状態

Claims (7)

  1. 車間距離センサと、モータと、自動変速機のギヤ比を車間制御装置に伝達する自動変速機制御装置とを備えて、前記車間距離センサによって計測された前方車両若しくは障害物との距離及び相対速度に基づいて前記モータを制御する車両に搭載するための車両制御装置であって、
    前記車両のドライバーがブレーキを踏む前に、回生力により前記車両を減速させるように前記モータを制御し、
    前記距離を前記相対速度、及び所定のパラメータから算出し、
    前記パラメータは最大減速度、先行車速、及び自車速を含み、
    さらに、
    前記距離及び相対速度に基づいて目標減速度を演算する手段と、
    前記目標減速度に基づいて前記モータを制御する手段を備え、
    距離情報に基づいて目標減速度を演算する手段の特性を、前記回生力により発生できる最大減速度に基づいて変更することを特徴とする車両制御装置。
  2. 請求項１に記載された車両制御装置において、
    前記最大減速度を、前記自動変速機制御装置が設定するギヤ比、モータ最大トルク、ファイナルギヤ比、車重、及びタイヤ半径に基づいて算出することを特徴とする車両制御装置。
  3. 車間距離センサと、モータと、自動変速機のギヤ比を車間制御装置に伝達する自動変速機制御装置とを備えて、前記車間距離センサによって計測された前方車両若しくは障害物との距離及び相対速度に基づいて前記モータを制御する車両に搭載するための車両制御装置であって、
    前記車両のドライバーがブレーキを踏む前に、回生力により前記車両を減速させるように前記モータを制御し、
    前記距離を前記相対速度、及び所定のパラメータから算出し、
    前記パラメータは最大減速度、先行車速、及び自車速を含み、
    さらに、
    前記距離及び相対速度に基づいて目標減速度を演算する手段と、
    前記目標減速度に基づいて前記モータを制御する手段を備え、
    前記目標減速度がエンジンブレーキによる減速度より小さくなった場合にブレーキランプを点灯するブレーキランプ点灯制御部と、
    モータ制御装置に目標トルクを与える自車速制御部と、を備え、
    前記ブレーキランプが点灯するまで前記目標減速度の前記自車速制御部への出力を抑制して、回生力を発生しないことを特徴とする車両制御装置。
  4. 請求項１に記載された車両制御装置において、
    前記車間距離センサとして、ステレオカメラを用いたことを特徴とする車両制御装置。
  5. 請求項１に記載された車両制御装置において、
    前記車間距離センサはナビゲーションシステムの地図を併用し、前記前方車両若しくは障害物がない場合には、前記地図を利用して特定の地形までの距離及び速度に基づいて前記モータを制御することを特徴とする車両制御装置。
  6. 請求項１に記載された車両制御装置において、
    前記目標減速度が負値とならないよう、前記目標減速度を制限することを特徴とする車両制御装置。
  7. 請求項１ないし６に記載された車両制御装置によって制御される車両。
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