JPH0446827A - 車両用定速走行制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明（主　車両の定速走行制御装置に関すム従来の技
術 従来の車両用定速走行制御装置（友　車速センサで実車
速を検出Ｌ　運転車の意志により目標車速を設定し　実
車速が目標車速に収束するよう番二ＰＩＤ制御を基本と
した様々なフィードバック制御を行っている。このとき
、変速段の変化負　走行負荷の変４ｔ　　すなわち勾配
の変化や、空気抵抗の変（Ｌ　　また　車載重量の変化
などにより、車両の動特性が変化してしましく　目標車
速への収束性が常に一定とはならず異なったものとなっ
てしまう。そこで、この車両動特性の変化にかかわらす
ミ目標車速への一定の収束性を得るために　スロットル
バルブを駆動するアクチュエータへの操作量を算出する
ための複数の制御ゲインを、変速段の変化や、走行負荷
の変化に応じて調整する必要があり、この調整に多大な
労力か必要となる。たとえ（′Ｌ　特開平１−１５３３
４４号公報記載のようζへ　Ｐ十ＩＰ＋Ｄ制御により、
スロットルバルブへの操作量を算出し　現在のスロット
ル開度と平地での定常走行に要するスロットル開度との
差により、走行負荷を算出し　この走行負荷の増大に応
じて、前向き制御系Ｐ＋Ｉの比例定数と積分定数を大き
くし負帰還制御系Ｐ＋Ｄの比例定数と微分定数を小さく
することにより走行負荷の相違に拘らず目標車速への収
束性を一定にし　良好な定速走行制御を実現しようとし
ている。

発明が解決しようとする課題 しかしなが収　このようなＰ＋−Ｉ−Ｐ＋Ｄ制御等のフ
ィードバック制御を基本とした従来の定速走行制御装置
において（よ　その制御対象に要求される動作（表　目
標点（車速）が定点から定点へと移動するＰ　Ｔ　Ｐ　
（Ｐｏｉｎｔ　ｔｏ　Ｐｏ１ｎｔ）動作である。すなわ
板　保障されている動作ζ戴　ある走行時の車速から設
定された目標車速までの２点間の移行動作だけであり、
目標点が連続的に移動するＣＰ、（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕ
ｓ　Ｐａｔｈ）動作には適さな０と１．）う問題力くあ
ム　すなわ叛　車速が目標車速へ収束するまでの目標軌
跡に対して（よ　その追従性を保障しておらず、そのた
めどのような状態において耘　常に一定の収束性、すな
わち同じ目標軌跡に沿って収束させること（よ　従来の
ＰＩＤ制御では非常に困難であム 本発明（友　上記のような従来の問題点に着目してなさ
れたもので、微小時間の変動が一定であるという概念を
導入し　未知の項を推定する適応制御の一樵　すなわち
タイム・ディレイ・コントロールを用１．ｔ　　車速が
目標車速へ収束するときの目標とする応答波形の軌跡を
時間の関数によって与え　この与えられた軌跡を基準と
して誤差ベクトルを定義することにより、変速段位置や
走行負荷の変化による車両動特性の変動に対してＬ　常
にこの与えられた軌跡に沿って一定の収束性で目標車速
に収束することができる車両用定速走行制御装置を提供
することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は上記の目的を達成するた敢　車両の実車速を検
出する車速検出手段と、運転者の意志により目標車速を
設定する目標値設定手段と、車速が目標車速へ収束する
ときの目標軌跡を与える目標軌跡設定手段と、実車速が
目標車速に一致するようにスロットルバルブを駆動する
アクチュエータへの制御量を、前記車速検出手段により
検出された車速と、前記目標軌跡設定手段により与えら
れる目標軌跡車速とを用１．Ｘ、これらの誤差を零とす
る軌跡追従型タイム・ディレイ・コントロール制御則に
より演算する制御量演算手段とを備えた構成を有する。

作用 本発明は上述の構成によって、予め正規化された目標点
は　すなわち復帰時の希望応答波形の軌跡を設定してお
き、この目標軌跡と実車速との差を誤差ベクトルとする
タイム・デイレイ・コントロー／ｌｚ、　　すなわち軌
跡追従型タイム・ディレイ・コントロールで、スロット
ルバルブ開度の操作量を算出することにより、目標車速
への収束性を、変速段位置の変化や走行負荷の変動の影
響を受けることなく、常に希望応答波形の軌跡と一致す
るようにアクチュエータを制御することができ、安定で
収束性の良（＼　定速走行制御を行なうことができも 実施例 以下、対象車両は自動車とし　本発明の実施例を図面に
基づいて説明する。

はじめ（ミ　車両用定速走行制御装置のシステム構成お
よび制御系の構成に付いて述べる。第１図は本発明の一
実施例を概念的に示した構成図である。リジューム時の
希望応答波形の軌跡を目標軌跡設定手段１４で与え　車
速検出手段１１で実車速を検出し　目標値設定手段１２
で目標車速が設定され　前記目標軌跡設定手段の出力と
、実車速と、目標車速とから、制御量演算手段１３で実
車速が目標車速に希望の応答波形で一致するようアクチ
ュエータ１５への制御量を算出する。第２図は本発明の
一実施例のシステム構成図である。図中２８（よ　ＣＰ
Ｕ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、　　Ｉｌｏ等で構成された制御回
路であり、各種センサやスイッチなどの入力信号により
、定速走行制御を行う。

２３（よ　アクチュエータ電源や、制御回路への電源を
供給するメインスイッチで、　２１は目標車速を設定す
るセットスイッチと、目標車速の設定値を下げるコース
トスイッチの兼用スイッチであり、２２は目標車速へ復
帰するリジュームスイッチと、目標車速の設定値を上げ
るアクセルスイッチの兼用スイッチであム　２５は　ブ
レーキを踏むとＯＮされるブレーキスイッチであり、　
２４は　セットおよびリジューム機能を解除するキャン
セルスイッチ、　２６は実車速を検出する車速センサ、
　２７ζよ　変速段がニュートラルまたｃＬ　　パーキ
ング位置にあることを検出するニュートラル・パーキン
グスイッチで、　２９は定速走行を開始または終了する
とき！！　アクチュエータ２１０への電源を供給または
遮断するソレノイドである。セットスイッチ２１またζ
よ　リジュームスイッチ２２のＯＮにより定速走行制御
が開始されると、制御回路２８により、ソレノイド２９
がＯＮされ　車速センサ２６の実車速と、セットされた
目標車速との差を算出し　この値と、予めＲＯＭに内蔵
されている正規化された目標軌跡とか収　目標軌跡車速
が求まる。そして、この目標軌跡車速と実車速との誤差
が零となるように制御量を算出し　アクチュエータ２１
０へ出力する。そして、このアクチュエータ２１０の駆
動により２１１のスロットルバルブを開閉し　エンジン
への燃料供給量を調整することにより、定速走行制御を
実現していも第３図は上記一実施例の制御ブロック図で
あムこの図を基に適応制御の一種である軌跡追従型のタ
イム・ディレイ・コントロール（ＴＤＣ）の制御概念に
ついて説明する。目標開度入力Ｕによりアクチュエータ
３５はスロットルバルブ３６の開度を調節し　車速をコ
ントロールすム　この車速Ｖ　４１　　車速センサ３３
により読み込まれ　前記目標値設定手段によりセットさ
れたときの実車速を目標車速Ｒとして、目標車速設定３
１で記憶されム　リジュームスイッチ２２がＯＮされる
と、そのときの実車速Ｖと目標車速Ｒとの差か収　正規
化目標軌跡マツプ３２により、目標軌跡車速Ｖｄが与え
られも　この目標軌跡車速ＶＣＩＩ＆　　収束時の希望
応答波形を時系列で与えたもので、実車速Ｖと目標軌跡
車速Ｖｄとの偏差ｅが零となるようにＴＤＣ制御式３４
によりアクチュエータ３５への制御量Ｕが算出される。

以上の操作により、実車速Ｖカ（目標車速Ｒに希望の応
答特性で追従すゑ　すなわち目標軌跡車速Ｖｄに追従す
る速度制御を行なうことができ、常に安定で収束性が一
定となるような定速走行制御が実現できも　つぎに　こ
の軌跡追従型のタイム・ディレイ・コントロール（以下
ＴＤＣ）の制御系設計について説明する。

まず、スロットルバルブ３６への目標開度入力をＵ　（
Ｓ）とじ　実車速をその出力Ｖ　（Ｓ）とすると、この
間の伝達関数Ｇ　（Ｓ）は次式で与えられる。

このＴ　Ｄ　Ｃｉｌ　　未知の動特性を持つシステムに
対して有効なコントローラであり、以下、非線形プラン
トに対し　　ＣＰ動作に適した軌跡追従型の制御則を求
める。これについてｉｌ　　伊藤修他著「軌跡追従型タ
イム・ディレイ・コントロールの提案とそのロボットマ
ニピュレータ制御への応用」（密工学会誌５５／１２／
１９８９）等に詳細が出ている。

まず、（１）式を時間領域に直すと、 Ｖ（ｔ）＝−ａ　Ｖ（ｔ）＋ｂＵ（ｔ）　　　　　　　
　　　　　　　（２）ａ、　　ｂは未知で、変動幅が以
下のように分がっているものとすム ０　　＜　　ａｍｉｎ　　＜　　ａ　　　＜　　ａｍａ
ｘ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３）０　　
＜　　ｂｍｘｎ　　＜　　ｂ　　　＜　　ｂｍａｘ　　
　　　　　　　　　　　　　　　（４）ここで車速Ｖの
目標軌跡車速をＶｄとし　この偏差を誤差ｅとして、次
式により定義する。

ｅ　＝Ｖｄ−Ｖ　　　　　　　　　　　　　　　　（５
）（２）、　（５）式より誤差の動特性を支配する次式
が得られる。

ｅ　（ｔ）＝Ｖｄ（ｔ）＋ａＶ（ｔ）−ｂＵ（ｉ）　　
　　　　　　　　　　　　（６）ここで、Ｕが次式を常
に満足するように決定することができれば Ｖｄ（ｔ）＋ａＶ（ｔ）−ｂＵ（ｔ）＝−Ａｅ　−ｅ　
（ｔ）　　　　　（７）（６）、　（７）式より次式を
得る。

ｅ　（ｔ）＝−Ａｅ　−ｅ　（ｔ）　　　　　Ａｅ＞０
　　　　　　（８）よって、Ａｅにより、任意の誤差動
特性が定義できる。

（７）式より制御人力Ｕを求めると次式となもｕ＝ｂ　
リ（Ｖｄ＋ａＶ＋Ａｅ　−ｅ　　）　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（９）しかし　上式において未知
変数ａ、　　ｂが含まれており、このままでは制御人力
Ｕを決定することはできなｌ、％　　そこで、この未知
の部分を推定することを考えも まず、（２）式を以下のように未知部分ａＶと他の部分
とに分けも ａ　Ｖ＝−Ｖ＋　ｂ　Ｕ　　　　　　　　　　　　　　
（１０）ここで、Ｌを微小な時間遅れとＬ　ａＶ−ｈと
して、以下のように仮定する。

ｈ（ｔ）：　ｈ（ｔ−Ｌ）　　　　　　　　　　　　　
（１１）（１０）、（１１）式より未知項りは次式で推
定される。

ｈ（ｔ）−Ｖ（ｔ−Ｌ）＋　ｂ　１１（ｔ−Ｌ）　　　
　　　　　　（１２）この推定値を（９）式に代入する
と、定速走行制御に関するタイム・ディレイ・コントロ
ールの制御則が次式で与えられる。

Ｕ（ｔ）−Ｕ（ｔ−Ｌ）＋　ｂ　−’　［−Ｖ（ｔ−Ｌ
）＋Ｖｄ（ｔ）＋Ａｅ　＠　ｅ　ＨＩ３）しかし　制御
人力Ｕを演算する（１３）式は未知項のｂが含まれてい
るので、　このままではアクチュエータへの制御人力Ｕ
（ｔ）を決定することができなｌ、％そこで、制御系が
安定となるようなりの推定値すを（１４）式に代入して
、実際の制御入力を得も即ち次式で制御入力を与えも Ｕ（ｔ）−１１（ｔ−Ｌ）＋ｂ　−’　（−Ｖ（ｔ−Ｌ
）＋Ｖｄ（ｔ）＋Ａｅ−ｅ　’ｔｂ＞Ｏ（１４） （１４）式により与えられる制御則を詳しく表わしたブ
ロック図が第４図である制御対象４３にある制御人力Ｕ
が与えられると、車速Ｖが出力される。

目標軌跡車速ＶｄとＶの偏差をｅとし　このＶｄとｅに
より目標誤差特性挿入部４１で誤差収束性の保障をし　
実車速ＶとＵにより未知特性打消部４２で非線形項を推
定することにより、軌跡追従型タイム・デイレイ・コン
トローラ４４が構成され偏差ｅがゼロとなるような　希
望する応答波形となるような制御対象４１への制御人力
Ｕが算出されも すなわ叛　−Ｖ（ｔ−Ｌ）、ＩＪ（ｔ−Ｌ）　ｉよ　プ
ラントの未知部分打ち消し項であり、Ｖｄ（ｔ）＋Ａｅ
−ｅ　Ｉｔ　　任意の目標軌跡に対する誤差動特性挿入
項である。

つぎに　制御系全体が安定となるような　推定値すの導
出に付いて説明する。まず、（１４）式をラプラス変換
すると次式となる。

ｂ　（ｉｅ−”）ＩＪ（Ｓ）＝（−（Ｓｅ　−Ｌｓ＋Ａ
ｅ）Ｖ（Ｓ）＋（Ｓ＋Ａｅ）Ｖｄ（Ｓ））　　　　　（
１５）まり（２）式も同様にラプラス変換する。

Ｕ（Ｓ）＝ｂ−’（Ｓ＋ａ　）Ｖ（Ｓ）　　　　　　　
　　　（１６）（１５）、　（１６）式より、次式を得
る。

（ｂ　　ｂ−’（Ｓ＋ａ　　）（１−ｅ　　−”）＋Ｓ
ｅ　　−”＋Ａｅ）Ｖ（Ｓ）−（Ｓ＋Ａｅ）Ｖｄ（Ｓ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（１７）ここで、バディ近似を（１７）式に用いる。

即ち次式を代入する。

ｅ　−”−（２−ＬＳ）／（２＋ＬＳ）　　　　　　　
　　　（１８）Ｖ（Ｓ） Ｖｄ（Ｓ） ←神幸 （２＋ＬＳ）（Ｓ＋Ａｅ） ２　ｂ　　ｂ　−’　（Ｓ十ａ　　）ＬＳ＋５（２−Ｌ
Ｓ）＋（２＋ＬＳ）Ａｅよって、上式が安定となる条件
（よ　ラウスの安定判別により求められる。

まｆ、　　（１９）式の分母をＦ（Ｓ）とＬＳに付いて
整理すム Ｆ（Ｓ）−（２ｂ　ｂ−’−１）ＬＳ２＋　　　　　　
　佇≠巨２ａ　　ｂ　　ｂ　−’＋Ａｅ）Ｌ＋２］Ｓ＋
２Ａｅ＝ＡａＳ２＋Ａ＋Ｓ＋Ａ２　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（ｚｏ）ここで、（３）（４）（
８）式および（１４）式のパラメータ範囲より、Ａ＋　
、　Ａ２は正であることが分かるので、次式が安定性の
必要十分条件となる。

Ａｓ＝（２ｂ　ｂ　−’−１）Ｌ＞０　　　　　　　　
　　　　（２１）よって、　ｂの条件は次式で与えられ
る。

ｂ＞ｂ／２　　　　　　　　　　　　　　　　（２２）
これより、　ｂは真の値の１７２以上に取らなければな
らない。そこで、（４）式のパラメータ範囲を考慮に入
れると、（２２）式は次式となる。

ｂ　＞　ｂ　ｍａｘ／２　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　（２３）以上により、この推定値と、（
１４）式で得られる制御人力Ｕを用いることにより、（
８）式の誤差動特性を満足する応答を得ることができる
。

この制御則に基づき、−例として勾配の変動に対するシ
ミュレーションを行った結果が第５図、第６図であム　
比較として、第７図・第８図にＰＩＤ制御則に基づくシ
ミュレーション結果を載せも第５図・第７図は勾配が下
り３％のときのシミュレーション結果であり、第６図、
第８図は上り３％時のシミュレーション結果である。

（１）式に対応するａ、ｂにＪ　　それぞれ以下の値を
用い九 上り：　　ａ＝、０１５７．　　ｂ−，００７８下り：
　　ａ　＝、０１４２．　　ｂ　＝、　０３１４この制
御対象に対し　以下のパラメータで軌跡追従型タイム・
ディレイ・コントロールのシミュレーションを行った ｂ＝、Ｏａ　　Ａｅ−，１１６，Ｌ＝、２（ｓｅｃ）こ
こで、第５図、第６図のＶｄは目標軌脈　ｖはシミュレ
ーション結果である。これがら分かるように　勾配の変
化に対してもほぼ同じ特性を得ることができ、非常にロ
バストな制御系であることが言えも これに対し　下りでほぼ同じ応答波形を示す（第７図）
ＰＩＤ制御を行った　この結果から分がるように整定時
間は同じでＬ　操作人力Ｕは大きく急加速となってしま
ｕＸ、　　ドライバーに不安感を与える制御となってし
まう。また上りではオバーシュートを起こしてしまう（
第８図）。

以上の結果より、軌跡追従型ＴＤＣ制御ζよ　従来のＰ
ＩＤ制御に比べ　制御対象の変動に対し７ても強い制御
系であり、また満足のいく加速感を与えることができる
。

な耘　制御対象が２次以上でも良く、無駄時間を有して
もよしも 発明の効果 以上の実施例の説明より明らかなように　本発明は希望
する応答波形の軌跡を与え　軌跡追従型タイム・ディレ
イ・コントロールを構築することにより、変速段位置の
変化や、走行負荷変動にかかわらず、目標車速への収束
性を常に一定とし安定で追従性が良く、また乗り心地の
よｌ、Ｘ、すなわちスロットルバルブ開度の変化量が小
さい定速走行制御を実現できるという効果を有すム

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の車輌用定速走行制御装置の
概念を示した構成医　第２図は同じく全体構成医　第３
図は同じく制御ブロック久　第４図は同じく軌跡追従型
タイム・デイレイ・コントローラの制御則の構成医　第
５図・第６図は本発明を用いた一実施例のシミュレーシ
ョン結果を示す医　第７図、第８図は従来のＰＩＤ制御
を用いたシミュレーション結果を示す図である。 １１・・車速検出手段、１２・・目標値設定手段、１３
・・制御量演算手段、１４・・目標値設定手段１５・・
アクチュエー久　２１・・セット・コーストスイッチ、
２２・・リジューム・アクセルスイッチ、２６・・車速
センサ、２８・・制御量ａ　　２１０・・アクチュエー
久　２１１・・スロットルパルス 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はが１名城 城

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 実車速を検出する車速検出手段と、車速を調整するアク
   チュエータと、目標車速を設定する目標値設定手段と、
   前記車速検出手段の出力が目標車速となるように、前記
   アクチュエータに適応制御の一つであるタイム・ディレ
   イ・コントロールにより制御入力を与える制御量演算手
   段と、リジューム時の目標車速への収束時の軌跡を、希
   望する形の軌跡として、時間の関数によって与える目標
   軌跡設定手段とを備え、この与えられた軌跡を基準とし
   て、実車速との誤差が零となるように実車速を目標車速
   へ収束させるようにしてなる車両用定速走行制御装置。