JPH0569758A - 車両用定速走行装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御対象であるエンジンの動特性が変動する
場合に、すみやかに偏差を収束させる車両用定速走行装
置を提供する。 【構成】 定速走行時にはタイムディレイコントロール
により制御入力ｕを演算し、偏差ｅの絶対値が所定値以
下でかつ、偏差の微分値dｅ/dtの絶対値が所定値以下の
時に定常走行状態と判別する定常走行状態判定装置１９
を設け、定常走行状態判定装置１９が定常走行状態と判
定している状態から、偏差ｅの絶対値が所定値より大き
くなった状態に遷移した時に、ｐ₀,ｐ_1,ｐ₂…ｐ_nー1を定
数とし、補正操作量Ｕｅｓｔ＝ｐ₀・ｅ（ｔ）＋ｐ₁・dｅ
(t)/dt＋…＋ｐ_nー1・d^n-1ｅ(t)/dt^{n -1}を制御入力ｕに加
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両、特に自動車を一
定な車速で走行させるようにスロットル開度を自動制御
する車両用定速走行装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両用定速走行制御装置では、エ
ンジン、車体等の制御対象の動特性が時間と共に変動す
るような制御対象に対し、そのロバスト性を確保するた
めに様々な制御則が考案されている。自動車などの車両
を自動的に定速走行させるための制御装置としては、車
両の実車速を検出する車速検出装置と、運転者の意志に
より目標車速を設定し、定速走行装置の開始／解除及び
目的車速を増減速を入力する目標車速設定装置と、車両
のエンジンのスロットル開度を変化させるアクチュエー
タと、前記車両の実車速と前記目標車速とから、前記ア
クチュエータに駆動信号を出力するコントローラを具備
し、それらから実車速と、スロットルバルブ開度を検
出”し、各々の変化分と実車速と目標車速との偏差を算
出し、予め定められたフィードバックゲインを用いて、
実車速が目標車速となるように制御量を算出し、アクチ
ュエータを駆動して、スロットルバルブ開度を調節する
定速走行制御を実現している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
定速走行制御に用いられてきたＰＩＤ制御や制御パラメ
ータが固定された制御手法では勾配変化時に制御対象の
制御対象の動特性が変動し、定速走行時に偏差が急に増
大したり、偏差の収束時間が長くなってしまったり、ス
ロットル開度が必要以上に変動し、乗車フィーリングが
悪化するという課題があった。

【０００４】本発明は、上記のような従来の課題に着目
し、制御対象の動特性が変動する場合に、すみやかに偏
差を収束させる車両用定速走行装置を提供することを課
題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】車両の実車速Ｖ(t)を検
出する車速検出装置と、運転者の意志により目標車速Ｖ
setを設定する目標車速設定装置と、定速走行装置の開
始／解除を行う定速走行指令装置と、車両のエンジンの
スロットル開度を変化させるアクチュエータと、アクチ
ュエータ現在位置検知装置と、前記車両の実車速Ｖ(t)
と前記目標車速Ｖsetと前記アクチュエータの現在位置
から、前記アクチュエータに駆動信号を出力するコント
ローラを具備し、前記コントローラ内には車速の目標軌
跡Ｖ_d(t)を出力する目標軌跡生成装置と、Ｖ(s)／Ｕ(s)
＝ｂ／(ｓⁿ+ａ_n-1・ｓ^n-1+・・・+ａ₀）（ｓはラプラス演算
子、ｎは自然数）によって表現可能な一入力一出力のエ
ンジンの制御対象に対し、その制御入力ｕ(t)の演算課
程において、ｅ(t)をｅ(t)＝Ｖ_d(t)-Ｖ(t)によって定義
される偏差、ｋ_i（>0, i=n-1〜0）を偏差フィードバッ
ク係数、目標偏差特性をdⁿｅ(t)/dtⁿ＝-ｋ_n-1・d^nー1ｅ
(t)/dt^nー1・・・-ｋ₀・ｅ(t)、bestを制御入力特性とし、前
記目標軌跡生成装置の出力と微小時間L以前のアクチュ
エータへの制御入力ｕ(t-L)から、適応制御の一種であ
るタイムディレイコントロールによりアクチュエータへ
の制御入力ｕ(t)をｕ(t)＝ｕ(t-L)+[-dⁿＶ(t-L)/dtⁿ+dⁿ
Ｖ_d(t)/dtⁿ+ｋ_n-1・d^n-1ｅ(t)/dt^n-1+・・・+ｋ₀・ｅ(t)]/be
stによって微分値演算する制御量演算装置と、偏差ｅ
（ｔ）の絶対値が所定値以下でかつ、偏差の微分値dｅ
(t)/dtの絶対値が所定値以下の時に定常走行状態と判別
する定常走行状態判別装置を設け、前記定常走行状態判
定装置が定常走行状態と判別している状態から、偏差ｅ
（ｔ）の絶対値が所定値より大きくなった状態に遷移し
た時に、ｐ₀,ｐ_1,ｐ₂…ｐ_nー1を定数とし、補正操作量Ｕ
ｅｓｔ＝ｐ₀・ｅ（ｔ）＋ｐ₁・dｅ(t)/dt＋…＋ｐ_nー1・d
^n-1ｅ(t)/dt^n-1を前記制御入力ｕ（ｔ）に加える。

【０００６】

【作用】本発明の上記した構成による作用は、以下のよ
うになる。 (1)実車速を目標車速に追従させるようにアクチュエー
タへの制御量を演算する際、Ｖ(s)／Ｕ(s)＝ｂ／(ｓⁿ+
ａ_n-1・ｓ^n-1+・・・+ａ₀）（ｓはラプラス演算子、ｎは自
然数）によって表現可能な１入力１出力のエンジンの制
御対象に対し、定速走行装置の動作開始時にはアクチュ
エータへの制御入力ｕ(t)をｕ(t)＝ｕ(t-L)+[-dⁿＶ(t-
L)/dtⁿ+dⁿＶ_d(t)/dtⁿ+ｋ_n-1・d^n-1ｅ(t)/dt^n-1+・・・+ｋ₀・
ｅ(t)]/bestによって与える。但し、ｋ_i（>0, i=n-1〜
0）は目標偏差特性をdⁿｅ(t)/dtⁿ＝-ｋ_{n -1}・d^nー1ｅ(t)/d
t^nー1・・・-ｋ₀・ｅ(t)とする偏差フィードバック係数、bes
tは制御入力特性であり、制御対象ｂの変動範囲内の最
大値とすることにより、スロットル開度の必要以上の変
動を防ぎ、定速走行中の動作が安定する。道路勾配の急
な変化などにより、偏差ｅ（ｔ）の絶対値が所定値以下
でかつ、偏差の微分値dｅ(t)/dtの絶対値が所定値以下
の時に定常走行状態と判別する定常走行状態判別装置を
設け、前記定常走行状態判定装置が定常走行状態と判別
している状態から、偏差ｅ（ｔ）の絶対値が所定値より
大きくなった状態に遷移した時には、ｐ₀,ｐ _1,ｐ₂…ｐ
_nー1を定数とし、補正操作量Ｕｅｓｔ＝ｐ₀・ｅ（ｔ）＋
ｐ₁・dｅ(t)/dt＋…＋ｐ_nー1・d^n-1ｅ(t)/dt^n-1を前記制御
入力ｕ（ｔ）に加え、偏差ｅ(t)が急増するのを抑え、
偏差の収束時間を短縮して、車速を目標車速に良好に追
随させる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の詳細について実施例とともに
説明する。

【０００８】はじめに、車両用定速走行装置のシステム
構成及び制御系の構成について述べる。図２は本実施例
における車両用定速走行装置のシステム構成を概念的に
示した構成図である。同図に示すように、本実施例は、
車両の実車速を検出する車速検出装置１と、運転者の意
志により目標車速Ｖsetを設定するとともに目的車速の
増減速を入力する目標車速設定装置２と、定速走行装置
の動作開始若しくは解除を指令する定速走行指令装置４
と、車両のエンジンのスロットル開度を変化させるアク
チュエータ３と、前記車両の実車速と前記目標車速とか
ら、前記アクチュエータに制御入力３１を出力するコン
トローラ９と、アクチュエータの変位３６とアクセル開
度４０の大きい方をスロットル開度に伝達するスロット
ルメカ部５を備えた構成になっている。

【０００９】次に本実施例の動作について説明する。ま
ず、スロットルメカ部５において、定速走行をしない時
はアクセル開度４０がスロットル開度３２として伝わ
る。定速走行指令装置４より定速走行指令信号３０が入
力されると、コントローラ９は車速検出装置１により実
車速信号３５を読み取り、続いて目標車速設定装置２
で」設定されている目標車速２９を読み取り、目標車速
２９と実車速３５が一致するようにアクチュエータ３に
目標制御角度３１を出力し、車体７を通して車速が一定
となる定速走行制御を実現する。

【００１０】次に、実システムの同定によるモデルの構
築について説明する。本実施例においては、周波数応答
法により同定を行なう。制御対象は制御プラント１３
（アクチュエータ３とスロットルメカ部５+エンジン６+
車体７）とし、この伝達関数をＧ(S)、アクチュエータ
３への制御入力をＵ(S)、出力の車速をＶ(S)として表わ
す。Ｇ(S)を前記周波数応答法により決定する。一般に
伝達関数は次式で表現できる。

【００１１】

【数１】

【００１２】実験車のエンジン制御対象の同定実験の結
果、実験車のエンジン制御対象が以下の（数２）で示す
１次遅れ系によって近似できることが明らかになったの
で、以下、１次遅れ系の制御対象（ｎ＝１）についての
実施例を説明する。

【００１３】

【数２】

【００１４】同じ実験車で道路勾配が変化させて制御対
象を同定すると、（数２）のｂは、上り坂ほど小さく、
下り坂ほど大きい値を示す。 （数２）の制御対象に対して、適応制御の一種であるタ
イムディレイコントローラを適応した制御則は

【００１５】

【数３】

【００１６】となる。尚、タイムディレイコントローラ
については特願平１ー３００２９０１に詳細を述べてい
る。定速走行動作開始以後（数３）を用いて、制御入力
ｕ（ｔ）を計算する。

【００１７】図１は本発明の実施例の制御ブロック図で
ある。制御対象である制御プラント１３はアクチュエー
タ３とスロットルメカ部５とエンジン６、車体７からな
り、制御入力ｕ(ｔ)によりアクチュエータ３が動作し、
スロットルメカ部５を介してスロットルバルブ開度を調
節し、車体７を通し実車速Ｖを出力する。目標軌跡生成
装置１６は目標車速を入力とし希望する車速の過渡応答
である目標軌跡車速Ｖ _d(ｔ）を出力する。この目標軌跡
車速Ｖ_dと実車速Ｖとの偏差ｅが零となるようにアクチ
ュエータ３へ制御入力ｕが算出される。その制御入力ｕ
は微小時間前の前記アクチュエータの制御入力ｕとの差
分の形式で出力する。また定常走行状態判別装置１９で
偏差ｅ（ｔ）の絶対値が所定値以下でかつ、偏差の微分
値dｅ(t)/dtの絶対値が所定値以下の時に定常走行状態
と判別する。そして、定常走行状態判定装置１９が定常
走行状態と判定している状態から、偏差ｅ（ｔ）の絶対
値が所定値より大きくなった状態に遷移した時に、補正
操作量Ｕｅｓｔを偏差ｅ（ｔ）〜偏差ｅ(t)の微分値を
用いて計算し、補正操作量Ｕｅｓｔを、勾配変更時等、
走行負荷急変時に制御入力ｕ（ｔ）に加算する。

【００１８】本発明は制御則を離散化し、コンピュータ
で演算処理することにより実施したので、図１に示す制
御ブロック図に対応するアルゴリズムを図３に示す。

【００１９】なお、微小時間Ｌを制御周期とし、微分は
制御周期Ｌ毎の差分を制御周期Ｌで割った値で近似す
る。微分値に乗ずる各定数に制御周期Ｌの逆数を含める
ものとして微分値は制御周期Ｌ毎の差分値と置き換えて
説明する。例えば偏差ｅの差分△ｅは次式でで演算す
る。

【００２０】

【数４】

【００２１】制御周期Ｌ毎に図３のルーチンでアクチュ
エータの目標開度である制御入力ｕ(t)を出力する。

【００２２】まず、初期設定として、補正操作量Ｕｅｓ
ｔと定常走行フラグをゼロにする。制御が開始される
と、ステップ３０１のルーチンを制御周期毎に実行す
る。ステップ３０１で（数３）に基づき、アクチュエー
タへ制御入力ｕ(t)を計算する。ステップ３０２で速度
偏差ｅ（ｔ）の絶対値が所定値ＦＥ１以下かどうかを判
定する。所定値ＦＥ１以下の場合にはステップ３０９に
進み、補正操作量Ｕｅｓｔをゼロにする。続いてステッ
プ３１０で差分値△ｅの絶対値が所定値ＦＤＥ１以下か
どうか判別し、差分値△ｅの絶対値が所定値ＦＤＥ１以
下の時には走行負荷変動の少なく、スロットル開度が安
定している定常走行状態と判別して、ステップ３１１で
定常走行フラグを１にする。

【００２３】ステップ３０２で速度偏差ｅ（ｔ）の絶対
値が所定値ＦＥ１以上のときには、定常走行フラグが１
になってないかを調べ、定常走行フラグが１の場合に
は、１制御周期の間に、車速偏差の絶対値が急増したと
判断し、ステップ３０４〜３０５に進み、（次式）に従
って、補正操作量Ｕｅｓｔを演算し、定常走行フラグを
ゼロにする。

【００２４】

【数５】

【００２５】ステップ３０３で、定常走行フラグがゼロ
の場合には、１制御周期以前にＵｅｓｔによる操作量の
補正を行ったので、このときは、ステップ３０８でＵｅ
ｓｔをゼロにして、補正は行わない。ステップ３０６で
はＵｅｓｔによる制御入力ｕの補正を行い、ステップ３
０７で制御入力ｕ（ｔ）をアクチュエータに出力する。

【００２６】結局、図３のアルゴリズムにより偏差ｅ
（ｔ）の絶対値が所定値以下でかつ、偏差の微分値dｅ
(t)/dtの絶対値が所定値以下の時に定常走行状態と判別
し、定常走行状態と判定している状態から、偏差ｅ
（ｔ）の絶対値が所定値より大きくなった状態に遷移し
た時に、補正操作量Ｕｅｓｔを前記制御入力ｕ（ｔ）に
加える。図４、図５に本発明のシミュレーション結果を
示す。シミュレーション条件として、道路勾配が上り坂
から下り坂に変化した時を想定し、（数２）におけるｂ
をステップ状に変化させたときの車速とスロットル開度
の応答を調べた。図４がＵｅｓｔによる補正操作のない
場合。図５がＵｅｓｔによる補正操作のある場合を示
す。勾配変化の急変に対して、Ｕｅｓｔによる補正操作
のある場合の方がない場合より、車速偏差の最大値が小
さく、その収束時間が小さくなっている。なお、ｎ＝１
の場合について述べたが制御対象をｎが２以上で近似す
る場合でも、制御入力ｕ（ｔ）の制御則は次式（数６）
で、Ｕｅｓｔの演算則は次式（数７）で各々演算するこ
とが出来る。

【００２７】

【数６】

【００２８】

【数７】

【００２９】

【発明の効果】このように本発明によれば、実車速を目
標車速に追従させるようにアクチュエータへの制御量を
演算する際、Ｖ(s)／Ｕ(s)＝ｂ／(ｓⁿ+ａ_n-1・ｓ^n-1+・・・
+ａ₀）（ｓはラプラス演算子、ｎは自然数）によって表
現可能な１入力１出力のエンジンの制御対象に対し、適
応制御の一種であるタイムディレイコントロールにより
アクチュエータへの制御入力ｕ(t)を与え、偏差ｅ
（ｔ）の絶対値が所定値以下でかつ、偏差の微分値dｅ
(t)/dtの絶対値が所定値以下の時に定常走行状態と判別
し、定常走行状態と判定している状態から、偏差ｅ
（ｔ）の絶対値が所定値より大きくなった状態に遷移し
た時に、補正操作量Ｕｅｓｔを制御入力ｕ（ｔ）に加え
ることにより、道路勾配の急変等によって起こる制御対
象の変動に対し、車速偏差の増大を抑え、その収束時間
を縮小し、すみやかに元の車速へと復帰し、乗車フィー
リングが向上し、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の定速走行装置の制御ブロック
図

【図２】本発明の車両用定速走行装置のシステム構成を
概念的に示した構成図

【図３】本発明の制御ブロック図に対応するアルゴリズ
ム

【図４】本発明のシミュレーション結果を示す図

【図５】本発明のシミュレーション結果を示す図

【符号の説明】

１ 車速検出装置 ２ 目標車速設定装置 ３ アクチュエータ ４ 定速走行指令装置 ５ スロットルメカ部 ６ 車体 ９ コントローラ １３ 制御対象 １９ 定常走行状態判別装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両の実車速Ｖ(t)を検出する車速検出装
   置と、運転者の意志により目標車速Ｖsetを設定する目
   標車速設定装置と、定速走行装置の始動及び停止を行う
   定速走行指令装置と、車両のエンジンのスロットル開度
   を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータの
   現在位置を検知する現在位置検知装置と、前記車両の実
   車速Ｖ(t)と前記目標車速Ｖsetと前記アクチュエータの
   現在位置から、前記アクチュエータに駆動信号を出力す
   るコントローラを具備し、前記コントローラ内には、車
   速の目標軌跡Ｖ_d(t)を出力する目標軌跡生成装置と、Ｖ
   (s)／Ｕ(s)＝ｂ／(ｓⁿ+ａ_n-1・ｓ^n-1+・・・+ａ₀）（ｓはラ
   プラス演算子、ｎは自然数）によって表現可能な１入力
   １出力のエンジンの制御対象に対し、その制御入力ｕ
   (t)の演算課程において、ｅ(t)をｅ(t)＝Ｖ_d(t)-Ｖ(t)
   によって定義される偏差、ｋ_i（>0, i=n-1〜0）を偏差
   フィードバック係数、目標偏差特性をdⁿｅ(t)/dtⁿ＝-ｋ
   _n-1・d^nー1ｅ(t)/dt^nー1・・・-ｋ₀・ｅ(t)、bestを制御入力特
   性とし、前記目標軌跡生成装置の出力と微小時間L以前
   のアクチュエータへの制御入力ｕ(t-L)から、適応制御
   の一種であるタイムディレイコントロールによりアクチ
   ュエータへの制御入力ｕ(t)をｕ(t)＝ｕ(t-L)+[-dⁿＶ(t
   -L)/dtⁿ+dⁿＶ_d(t)/dtⁿ+ｋ_n-1・d^n-1ｅ(t)/dt^n-1+・・・+ｋ₀
   ・ｅ(t)]/bestによって微分値演算する制御量演算装置
   と、偏差ｅ（ｔ）の絶対値が所定値以下でかつ、偏差の
   微分値dｅ(t)/dtの絶対値が所定値以下の時に定常走行
   状態と判別する定常走行状態判定装置を設け、前記定常
   走行状態判定装置が定常走行状態と判定している状態か
   ら、偏差ｅ（ｔ）の絶対値が所定値より大きくなった状
   態に遷移した時に、ｐ₀,ｐ_1,ｐ₂…ｐ_nー1を定数とし、補
   正操作量Ｕｅｓｔ＝ｐ₀・ｅ（ｔ）＋ｐ₁・dｅ(t)/dt＋…
   ＋ｐ_nー1・d^n-1ｅ(t)/dt^n-1を前記制御入力ｕ（ｔ）に、
   加えることを特徴とする車両用定速走行装置。