JP6871744B2 - クルーズコントロール装置 - Google Patents

Description

本発明は、先行車に追従するオートクルーズコントロール（ＡＣＣ）による走行において、先行車の走行状態に応じてエンジン回転数を制御するようにしたクルーズコントロール装置に関する。

一般に、この種のクルーズコントロール装置では、運転者の設定した車速（セット車速）と自車両の車速（自車速）との差（速度差）に応じてエンジンの目標トルク及び、自動変速機の入力軸の目標回転数を演算周期毎に設定し、これにより自車速がセット車速に基づいて設定した目標車速に収束するように制御している。

又、クルーズコントロールによる走行中に、登坂路のような走行負荷の大きい路面にさしかかり、車速が低下すると、クルーズコントロール装置では、自車速を直ちに目標車速に到達させるべく、エンジン制御ではスロットル弁開度を大きくしてエンジン出力を増加させ、一方、変速制御では変速比をダウンシフトさせてトルクアップを図り、これにより加速させることで自車速の落ち込みを防止するようにしている。

この場合、排気量が比較的大きなエンジンを搭載する車両（以下、「高排気量車」と称する）では、走行負荷が増加してもスロットル弁の開度を開き、エンジントルクを増大させることで、自動変速機の変速比を大きくシフトダウさせることなく自車速を目標車速へ比較的容易に収束させることができる。

これに対し、低排気量のエンジンを搭載する車両（以下「低排気量車」と称する）が、高地走行、登坂路走行、高速走行、高車重等、大きい走行負荷が発生する条件下において、上述した高排気量両と同等の加速性能を得ようとした場合、当然、エンジン回転数を上昇させると共に、変速比を大きくダウンシフトさせる必要がある。しかし、このような加速運転は、振動、騒音が増大し、乗り心地が悪化してしまう。

そのため、本出願人は、特許文献１（特開２０１５−１８９２８６号公報）において、クルーズコントロールによる走行中に走行負荷が増大した場合であっても、エンジン回転数の急激な増加を抑制して、運転者に与える不快感を軽減させる技術を提案した。

特開２０１５−１８９２８６号公報

しかし、上述した文献に開示されている技術では、走行負荷に応じて目標加速度を一律に抑制する制御を行っているため、先行車に追従して登坂走行している状態では、先行車が加速しても、自車両を応答性良く追従させることができず、運転者に加速不足感を与えてしまう不都合が生じる。

この対策として、先行車に対する追従応答性を高くすれば、先行車が定速走行している場合に、走行負荷が増大して先行車との車間距離が離れた場合に、エンジン回転数を上昇させると共に変速機をダウンシフトさせることになるが、定速走行時にエンジン回転数が頻繁に変動することとなり、運転者に不快感を与えてしまう不都合がある。

本発明は、上記事情に鑑み、先行車を追従走行している際に、この先行車の走行条件に拘わらず、運転者に加速不足感や不快感を与えることなく、常に最良の運転性能を得ることのできるクルーズコントロール装置を提供することを目的とする。

本発明は、先行車に追従して自車両を走行させるクルーズコントロール装置において、前記自車両の走行負荷を設定する走行負荷演算手段と、前記先行車の加速に追従して前記自車両を前記走行負荷に抗して加速させるために必要な目標回転数を設定する目標回転数演算手段と、前記先行車に対して前記自車両を前記走行負荷に抗して一定速で追従走行させるために必要な定速回転数を設定する定速回転数演算手段と、前記目標回転数と前記定速回転数との回転差分に基づき一次遅れの時定数を設定する時定数演算手段と、前記目標回転数を前記時定数の伝達関数でフィルタ処理してエンジン制御手段へ指示する指示回転数を設定するフィルタ処理手段とを備える。

本発明によれば、先行車の加速に追従して自車両を加速させるために必要な目標回転数と、先行車に対して自車両を一定速で追従走行させるために必要な定速回転数とを設定し、その回転差分に基づき一次遅れの時定数を設定し、この時定数による伝達関数で目標回転数をフィルタ処理してエンジン制御手段へ指示する指示回転数を設定するようにしたので、自車両が先行車を追従走行している際に、走行負荷が増加した場合であっても、一定速で追従走行している場合はエンジン回転数の急激な上昇が抑制され、又、先行車が加速した場合には応答性良く追従させることができる。

従って、一定速での追従走行においてはエンジン回転数の上昇による不快感を運転者に与えることがなく、又、先行車が加速した場合にはエンジン回転数を上昇させて直ちに追従させることができるため、運転者に加速不足感を与えることがない。その結果、先行車の走行条件に拘わらず、常に最良の運転性能を得ることができる。

登坂路を走行している、車両制御ユニットを搭載する車両の概略図 車両制御ユニットの全体構成図 クルーズコントロール装置に設けられているエンジン回転数制御ユニットの機能ブロック図 変速線マップの概念図 一次遅れ時定数設定テーブルの概念図

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は車両（自車両）であり、左右前輪１ａ、左右後輪１ｂが駆動する四輪駆動車、或いは左右前輪１ａのみ、又は左右後輪１ｂのみが駆動する二輪駆動車である。

この自車両１に、自車両１の周辺の走行環境を撮像する車載カメラ２が設けられている。車載カメラ２として本実施形態では、メインカメラ２ａとサブカメラ２ｂとを有するステレオカメラを採用している。この両カメラ２ａ，２ｂは車室内前部の上部（例えば、ルームミラーの両側）に一定の間隔を保持した状態で固設されている。この両カメラ２ａ，２ｂで撮像した自車前方の走行環境の画像信号が画像処理ユニット（ＩＰＵ）３に送信される。

ＩＰＵ３は車載カメラ２からの画像情報に基づき、自車両１の周辺及び前方の走行環境情報を取得する。そして、この走行環境情報に基づいて自車両１の前方走行する先行車Ｐ等を認識し、認識した各種情報を、自車両１を後述するＡＣＣ制御ユニット（ＡＣＣ＿ＥＣＵ）１１に送信する。

又、自車両１にはエンジン５が搭載され、このエンジン５に自動変速機６が連設されている。この自動変速機６は、本実施形態では無段変速機（ＣＶＴ）であり、この自動変速機６の出力軸が駆動輪（四輪駆動車であれば、左右前輪１ａ及び左右後輪１ｂ）に連設されている。

このエンジン５の回転数がエンジン制御ユニット（Ｅ／Ｇ＿ＥＣＵ）２１で制御され、自動変速機６の変速比がトランスミッション制御ユニット（Ｔ／Ｍ＿ＥＣＵ）２２で制御される。これら各制御ユニット１１、２１，２２はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた周知のマイクロコンピュータを主体に構成されており、ＲＯＭには予め設定した動作を実現するための制御プログラムや各種テーブル等の固定データが記憶されている。又、この各制御ユニット１１、２１，２２が、ＣＡＮ(Controller Area Network)通信等の車内通信回線２３を通じて、双方向通信自在に接続されている。

又、図２に示すように、このＡＣＣ＿ＥＣＵ１１の入力側に、ＩＰＵ３以外に、駆動輪の回転速度を検出する車輪速センサ７、自車両１の前後加速度、及び車体の前後傾斜角を検出する前後Ｇ（加速度）センサ８が接続されている。

ＡＣＣ＿ＥＣＵ１１は、走行中に運転者が図示しないクルコンスイッチを操作して、所望の定速車速をセットすると、ＡＣＣ制御を開始し、ＩＰＵ３で取得した走行環境情報に基づき先行車Ｐが捕捉されているか否かを判定し、捕捉されている場合は先行車Ｐとの相対車速、及び車間距離等の先行車情報を読込み、自車両１を先行車Ｐに追従させる目標車速を設定する。又、先行車Ｐが捕捉されていない場合は、運転者がセットした定速車速（セット車速）を目標車速として設定する。

そして、この目標車速に対応するエンジン５の目標回転数を求め、これを所定にフィルタ処理して、Ｅ／Ｇ＿ＥＣＵ２１に指示する指示回転数Ｎｅｔを設定する。又、Ｔ／Ｍ＿ＥＣＵ２２は、指示回転数Ｎｅｔを目標入力軸回転数として設定し、この目標入力軸回転数と目標車速とに基づき、現在の車速が目標車速に収束するような自動変速機（ＣＶＴ）６の変速比を設定する。

又、図３に示すように、ＡＣＣ＿ＥＣＵ１１は、指示回転数Ｎｅｔを設定する機能として、勾配推定値演算部１２、目標車速演算部１３、推定車重演算部１４、定速回転数演算手段としての定速回転数演算部１５、目標回転数演算手段としての目標回転数演算部１６、差分器１７、時定数演算手段としての時定数演算部１８，及びフィルタ処理手段としてのフィルタ処理部１９が備えられている。

勾配推定値演算部１２は、自車両１が停車中の場合は前後Ｇセンサ８で検出した前後Ｇ情報に基づいて路面勾配値を設定する。又、走行中は、前後Ｇ情報から各車輪速センサ７で検出した駆動輪の車輪速を時間微分して車輪加速度を求め、その平均値を前後Ｇ情報から減算（補正）し、加速成分を除去して路面勾配値を推定する。

又、目標車速演算部１３は、先行車Ｐが捕捉されている場合は先行車Ｐとの相対車速、及び車間距離等から自車両１を先行車Ｐに追従させる目標車速を設定する。又、先行車Ｐが捕捉されていない場合は、運転者の設定したセット車速を目標車速として設定する。

更に、推定車重演算部１４は、自車両１の走行状態から乗員が乗車している状態や、荷物が積載されている状態等、現在の車体重量（車重）を推定する。この推定車重は、例えば、先ず、駆動輪の軸トルク（＝タイヤトルク）から、車体加速度の期待値を推定し、又、各車輪速センサ７で検出した駆動輪の車輪速を時間微分して加速度を求め、それを平均して実際の車体加速度を算出する。尚、車体に車重計を取付け、停車時の車重を直接計測するようにしても良い。

そして、軸トルクから求めた期待される車体加速度と車輪速から求めた実際の車体加速度との比から車体増量分を求め、この車体増量分で予め設定されている車体重量を補正して実車体重量（実車重）を推定する。尚、軸トルクは、例えば、吸入空気量或いはスロットル開度と燃料噴射量或いは車速とに基づいて算出したエンジントルクから駆動軸のねじり角速度までの特性をモデル化した車両モデルに基づいて求める。

定速回転数演算部１５は、ある負荷において一定速度で走るのに必要なエンジン回転数（定速回転数）Ｎｅｃを算出する。すなわち、勾配推定値演算部１２で算出した路面勾配値と、目標車速演算部１３で算出した目標車速と、推定車重演算部１４で求めた推定車重に基づいて走行負荷を算出する。尚、この各演算部１２〜１４が、本発明の走行負荷演算手段に対応している。

そして、この走行負荷に抗して自車両１を走行させるために必要なトルク（走行負荷トルク）を算出し、この走行負荷トルクと車体加速度が０（一定速）となるエンジン回転数（定速回転数）Ｎｅｃを、図４に示すような変速線マップを参照して演算する。同図に示す変速機マップは無段変速機で採用されているものが例示されており、変速比（目標プライマリ回転数≒目標回転数）が最大となる低速側変速線ＬＯＷと、変速比が最小となる高速側変速線ＯＤとで囲まれた領域に、スロットル開度が設定されている。そして、設定した定速回転数（図においては目標プライマリ回転数）と車速に基づき、エンジン回転数を一定に保持するスロットル開度が決定される。

一方、目標回転数演算部１６は、ある負荷から加速するのに必要なエンジン回転数（目標回転数）Ｎｅｏを算出する。すなわち、先ず、上述した定速回転数演算部１５と同様、路面勾配値と目標車速と推定車重に基づいて走行負荷を算出する。更に、目標車速と自車速との差分及び路面勾配値、或いは目標車速と自車速との差分及び先行車Ｐとの車間距離と目標車間距離との差分に基づいてＡＣＣ目標加速度を設定する。

次いで、ＡＣＣ目標加速度に車量を乗算し、それに各種走行抵抗を加算した上で、トルク換算係数を乗算して、ＡＣＣ目標加速度を実現するエンジントルクを算出する。そして、このエンジントルクを発生させるスロットル開度を設定し、このスロットル開度と車速とに基づき、上述した図４に示す変速線マップを参照して、必要なエンジン回転数（目標回転数）Ｎｅｏを算出する。

差分器１７では、目標回転数演算部１６で求めた目標回転数Ｎｅｏから定速回転数演算部１５で求めた定速回転数Ｎｅｃを減算して、回転差分（Ｎｅｏ−Ｎｅｃ）を算出する。時定数演算部１８は、図５に示す時定数テーブルを参照して、回転差分（Ｎｅｏ−Ｎｅｃ）に応じた一次遅れの時定数Ｔを設定する。この時定数テーブルは回転差分（Ｎｅｏ−Ｎｅｃ）が増加するに従い、時定数Ｔを反比例的に減少（短縮）させる特性に設定されている。従って、自車両１が先行車Ｐに追従して定速走行している場合、目標回転数Ｎｅｏと定速回転数Ｎｅｃとはほぼ同じとなるため、延長された（図においては１００［％］に近づく）時定数Ｔが設定される。一方、先行車Ｐが加速し、自車両１がそれに追従しようとした場合、目標回転数Ｎｅｏが増加するため、その増加に伴い次第に短縮された（図においては０［％］側に近づく）時定数Ｔが設定される。

フィルタ処理部１９は、目標回転数演算部１６で求めた目標回転数Ｎｅｏを、時定数演算部１８で求めた一次遅れ時定数Ｔの伝達関数にてフィルタ処理を行い、指示回転数Ｎｅｔを算出する。
Ｎｅｔ←Ｎｅｏ／（１＋Ｔ・ｓ）
ここで、ｓはラプラス演算子である
目標回転数Ｎｅｏを一次遅れ時定数Ｔでフィルタ処理されて得られた指示回転数Ｎｅｔは、先行車Ｐを定速追従している場合は比較的遅い応答性となり、又、先行車Ｐの加速に追従しようとした場合は早い応答性となる。

ＡＣＣ＿ＥＣＵ１１で求めた指示回転数Ｎｅｔは、Ｅ／Ｇ＿ＥＣＵ２１へ送信され、エンジン回転数が指示回転数Ｎｅｔとなるようにスロットル開度等をフィードバック制御するエンジン制御を行う。一方、Ｔ／Ｍ＿ＥＣＵ２２は、図示しない変速比マップを参照する等して、スロットル開度と車速に応じた変速比を設定する変速制御を行う。

このように、本実施形態では、ＡＣＣ制御により先行車Ｐを、一定速で追従走行している場合、定速回転数演算部１５で設定する定速回転数Ｎｅｃと目標回転数演算部１６で設定される目標回転数Ｎｅｏとに大きな差が生じないため、時定数演算部１８では大きな一次遅れ時定数Ｔが設定される。その結果、フィルタ処理部１９において目標回転数Ｎｅｏを一時遅れフィルタ処理して設定される指示回転数Ｎｅｔは、その応答性が遅くなり、空気の薄い高地走行、勾配のきつい登坂路走行、高速道路等での高速走行、荷物を多く積載した高車重等、大きい走行負荷が発生している条件下での走行であっても、負荷の増加によりエンジン回転数が急激に増加することがなく、運転者に与える不快感を軽減させることができる。

一方、先行車Ｐが加速した場合は、目標回転数演算部１６で設定される目標回転数Ｎｅｏが、定速回転数演算部１５で設定する定速回転数Ｎｅｃよりも大きくなるため、時定数演算部１８では小さな一次遅れ時定数Ｔが設定される。その結果、フィルタ処理部１９において一時遅れフィルタ処理して設定される指示回転数Ｎｅｔは、その応答性が早くなり、エンジン回転数の上昇により、運転者にもたつき感や加速不足感を覚えさせることなく良好な加速性能を得ることができる。

その結果、本実施形態によれば、先行車Ｐを追従走行するに際し、先行車Ｐが定速走行している場合は、エンジン回転数の急激な上昇が抑制され、一方、先行車Ｐが加速した場合には、直ちにエンジン回転数を上昇させて追従させることができるため、特に小排気量車において有効であり、常に最良の運転性能を発揮させることができる。

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、先行車Ｐを認識する手段は先行車との車間距離、及び相対車速等の先行車情報を検出することのできるものであれば、車載カメラ２に限らず、単眼カメラと距離センサ（ミリ波レーダ、音波レーダ、又はレーザレーダ等）とを組み合わせたものであっても良い。

１…自車両、
１ａ…左右前輪、
１ｂ…左右後輪、
２…車載カメラ、
２ａ…メインカメラ、
２ｂ…サブカメラ、
５…エンジン、
６…自動変速機、
７…車輪速センサ、
８…前後Ｇセンサ、
１２…勾配推定値演算部、
１３…目標車速演算部、
１４…推定車重演算部、
１５…定速回転数演算部、
１６…目標回転数演算部、
１６…各車輪速センサ、
１６…目標回転数演算部、
１７…差分器、
１８，…時定数演算部、
１９…フィルタ処理部、
２３…車内通信回線、
Ｎｅｃ…定速回転数、
Ｎｅｏ…目標回転数、
Ｎｅｔ…指示回転数、
Ｐ…先行車、
Ｔ…時定数

Claims (3)

1. 先行車に追従して自車両を走行させるクルーズコントロール装置において、
   前記自車両の走行負荷を設定する走行負荷演算手段と、
   前記先行車の加速に追従して前記自車両を前記走行負荷に抗して加速させるために必要な目標回転数を設定する目標回転数演算手段と、
   前記先行車に対して前記自車両を前記走行負荷に抗して一定速で追従走行させるために必要な定速回転数を設定する定速回転数演算手段と、
   前記目標回転数と前記定速回転数との回転差分に基づき一次遅れの時定数を設定する時定数演算手段と、
   前記目標回転数を前記時定数の伝達関数でフィルタ処理してエンジン制御手段へ指示する指示回転数を設定するフィルタ処理手段と
   を備えることを特徴とするクルーズコントロール装置。
2. 前記時定数演算手段では、前記目標回転数から前記定速回転数を減算して前記回転差分を求め、該回転差分が増加するに従い短縮された前記時定数を設定する
   ことを特徴とする請求項１記載のクルーズコントロール装置。
3. 前記走行負荷演算手段で設定する前記走行負荷は、路面勾配値と車体重量と前記自車両を前記先行車に追従させる目標車速とに基づいて設定する
   ことを特徴とする請求項１或いは２記載のクルーズコントロール装置。

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