JPH0596972A

JPH0596972A - 車両用定速走行制御装置

Info

Publication number: JPH0596972A
Application number: JP25890491A
Authority: JP
Inventors: Akira Ishida; 明石田; Masahiro Takada; 雅弘高田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-10-07
Filing date: 1991-10-07
Publication date: 1993-04-20

Abstract

(57)【要約】【目的】制御則を切り換えることにより、リジューム
操作終了時の車速のオーバーシュートおよびアンダーシ
ュートを小さく抑えることを目的とする。【構成】車速検出手段11で車体19の実車速を検出し、
指令手段12でセットした時の実車速が目標値設定手段13
で目標車速Vsetとして設定され、定速走行が開始され
る。定速走行時及びリジューム時の目標軌道車速Vd(t)
は、目標軌道設定手段15により算出される。この目標軌
道車速Vd(t)と実車速との偏差と、アクチュエータ18へ
の制御量とを用いて、制御入力係数決定手段15により制
御入力特性の値を更新し、この制御入力特性の値を用い
て、制御手段16によりアクチュエータ18への制御量が算
出される。定速走行解除後、指令手段12によりリジュー
ム操作が開始したとき、制御則変更手段17により変更条
件を満たしたとき制御則が変更され、それ以外は、元の
制御則に戻され定速走行制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両の定速走行制御装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の車両用定速走行制御装置
としては、種々の構成のものがあるが、その中には、実
車速を検出する車速センサと、定速走行指令信号を発生
するセットスイッチと、定速走行指令信号が発生したと
き、実車速を目標車速Vsetとして設定する目標値設定手
段と、スロットルバルブを駆動するアクチュエータと、
実車速が目標車速Vsetに収束し定速制御をするように、
前記アクチュエータへの指令電圧を出力する制御手段
と、前記定速制御が解除されたとき前記目標車速Vsetへ
復帰させるための復帰指令信号を発生するリジュームス
イッチとを備えた構成で定速走行制御を行っているもの
がある（特開昭63-57341号公報参照）。この車両用定速
走行装置では、リジューム操作中に定加速度制御から定
速度制御へ移行する移行点を加速度の定数倍と車速偏差
の和の正負に基づいて決定することにより、実車速を目
標車速Vsetに滑らかに収束するように定速走行制御する
ものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の車両用定速走行装置にあっては、リジューム
操作中に定加速度制御から定速度制御へ移行する移行点
の判断を、加速度の定数倍と車速偏差の和の正負に基づ
いており、前記加速度の係数は車速に関係なく一定値と
しているため、異なる車両動特性を持つ複数の車種の様
々な車速域全てに対して期待される効果を得ることはで
きない。そこで、実車速と目標軌道車速Vd(t)との偏差
と、前記偏差の微分値と、アクチュエータへの出力値
と、前記出力値の変化量とにより、車両の走行状態に応
じた制御ゲインを算出する制御入力特性bestを推定し、
このbestを用いた２つの制御則をリジューム操作時に実
車速と目標車速Vsetとの偏差がある設定値以下となった
とき切り換えることにより収束時のオーバーシュートを
抑え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。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、車両の実車速を検出する車速検出手段と、ス
ロットルバルブを通して車速を調整するアクチュエータ
と、定速走行開始信号・定速走行解除信号、および定速
走行解除後、再び前回の定速走行時の車速に復帰するリ
ジューム信号を出す指令手段と、前記指令手段の定速走
行開始信号が発生したとき前記車速検出手段により検出
された実車速を目標車速Vsetとして設定する目標値設定
手段と、tを時刻とし一つの目標軌道車速Vd(t)を時間の
関数により与える目標軌道設定手段と、入力変数を前記
目標軌道車速Vd(t)と実車速との偏差または偏差の微分
値の少なくとも一つと、アクチュエータの平均移動速度
及び位置とし、出力変数を制御ゲイン算出定数である制
御入力特性bestとする一つ以上の係数決定規則を用い
て、新たに制御入力特性bestを求める制御入力係数決定
手段と、実車速が目標車速Vsetに前記目標軌道車速Vd
(t)に沿って収束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、前記目標軌道車速Vd(t)と、前記
制御入力特性とを用い、タイム・ディレイ・コントロー
ル制御則により演算し、前記アクチュエータへ出力する
制御手段と、リジューム操作中に、実車速と目標車速Vs
etの偏差が、ある変更条件を満たしたとき、例えばある
設定値以下になったとき、前記制御手段で用いられる制
御則をリジューム収束時用の制御則に切り換え、変更条
件から外れたとき、元の制御則に切り換える制御則変更
手段とを備えた構成とする。

【０００５】

【作用】本発明は上述の構成により、車速偏差または車
速偏差の微分値の少なくとも一つと、アクチュエータの
平均移動速度及び位置を用いて、制御入力係数決定手段
により、制御ゲイン算出定数である制御入力特性bestを
更新し、制御則変更手段により、リジューム操作中に実
車速と目標車速Vsetとの偏差がある変更条件を満たした
ときアクチュエータへの制御量を算出する制御則を切り
換えることにより実車速が目標車速Vsetに収束するとき
のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑えるこ
とができ、リジューム終了時に変更前の制御則に戻すこ
とにより滑らかな定速走行制御を行うことができる車両
用定速走行制御装置となる。

【０００６】

【実施例】以下、車両対象は自動車とし、本発明の実施
例を図面に基づいて説明する。

【０００７】はじめに、車両用定速走行制御装置のシス
テム構成に付いて述べる。図１は本発明の一実施例を概
念的に示した構成図である。車速検出手段１１により車
体１９の実車速を読み込み、指令手段１２によりセット
された時の実車速が、目標値設定手段１３により目標車
速Vsetとして設定される。そして目標軌道設定手段１４
により前記実車速が前記目標車速Vsetに希望の応答特性
で、例えば復帰時に一定の加速度αで収束する基準軌道
を与える目標軌道車速Vd(t)が算出される。セット時は
目標車速Vsetが目標軌道車速Vd(t)であり、リジューム
時はリジュームON時の実車速から目標車速Vsetに収束す
るまでの追従すべき軌道として時間の関数により与えら
れる車速が目標軌道車速Vd(t)となる。そして、実車速
と前記目標軌道車速Vd(t)との偏差が零となるように、
軌跡追従型のタイム・ディレイ・コントロールにより制
御手段１６において、前記偏差を基にアクチュエータ１
８への制御量が算出される。また、前記制御手段１６中
の制御入力特性bestは、アクチュエータ１８への出力値
と前記偏差を基に制御入力係数決定手段１５により各走
行状態にあった制御入力特性に変更される。そして、こ
の新たに算出された制御入力特性bestを用いて、前記制
御手段１６により引続き定速走行制御が行なわれる。ま
たリジューム操作時に、制御則変更手段１７により、実
車速と目標車速Vsetとの偏差がある設定値以下になった
とき、前記制御手段１６で用いられる制御則をある一定
期間中のみ変更することにより、リジューム操作終了時
のオーバーシュートやアンダーシュートを抑えることが
でき、滑らかな車速応答制御が実現できる。

【０００８】ここで、まず実システムの同定実験による
モデルの構築および前記制御手段１６中の軌跡追従型タ
イム・ディレイ・コントロール（以下ＴＤＣ）の制御則
の導出について簡単に説明する。まず、自動車モデルの
構築のため、システム同定を行なう。本実施例において
は、正弦波信号を入力としてプラントに与え、その時の
出力波形との振幅比と位相差より、入出力間の伝達関数
を求める周波数応答法によりプラントの同定を行った。
制御対象をアクチュエータ１８と車体１９とし、この伝
達関数をＧ(S)、入力をＵ(S)出力をＶ(S)として表わ
す。この場合Ｕ(S)はアクチュエータへの目標開度入
力、Ｖ(S)は車速である。このＧ(S)を前記周波数応答法
により決定する。走行条件（道路勾配、車速域、変速段
位置）を変え、同定実験を行なった結果、以下のように
アクチュエータから車体間の伝達関数の次数を定めた。

【０００９】

【数１】

【００１０】但し、Sはラプラス演算子、Ｔ１はプラン
トの時定数、Ｋはプラントゲイン、bは入力配分特性で
ある。ａ，bは走行条件によって変動し、変動幅は実験
により以下のように求められた。

【００１１】

【数２】

【００１２】

【数３】

【００１３】この様に制御対象を１次遅れで近似した
が、実際は走行状態によりパラメータ変動があり、また
むだ時間等を含む非線形プラントである。このＴＤＣ
は、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、軌跡追従型の制御則を求める。こ
れについては、伊藤修他「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」精密工学会誌55/12/1989等に詳細が出てい
る。

【００１４】まず、(1)式を時間領域に直すと以下の式
となる。ただし、微分はd/dtで表わす。

【００１５】

【数４】

【００１６】ａ，ｂは未知で、変動幅が(2),(3)式のよ
うに分かっているものとする。ここで車速V(t)の目標軌
道車速をVd(t)とし、この偏差をｅ(t)として、次式によ
り定義する。

【００１７】

【数５】

【００１８】(4),(5)式より偏差の動特性を支配する次
式が得られる。

【００１９】

【数６】

【００２０】ここで、U(t)が次式を常に満足するように
決定することができれば

【００２１】

【数７】

【００２２】(6),(7)式より次式を得る。

【００２３】

【数８】

【００２４】(8)式は目標偏差特性を表す式であり、偏
差フィードバック係数K1により、任意の偏差動特性が定
義できる。

【００２５】(7)式より制御入力Uを求めると、次式とな
る。

【００２６】

【数９】

【００２７】しかし、上式に於て未知変数ａ，ｂが含ま
れており、このままでは制御入力U(t)を決定することは
できない。そこで、この未知の部分を推定することを考
える。

【００２８】まず、(4)式を以下のように未知部分ａV
(t)と他の部分とに分ける。

【００２９】

【数１０】

【００３０】ここで、Lを微小な時間遅れとし、ａV(t)=
h(t)として、以下のように仮定する。

【００３１】

【数１１】

【００３２】(10),(11)式より未知項ａV(t)、即ちh(t)
は次式で推定される。

【００３３】

【数１２】

【００３４】この推定値hest(t)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。

【００３５】

【数１３】

【００３６】しかし、制御入力U(t)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入力U(t)を決定することが出来な
い。そこで、制御系が、安定となるような、入力配分特
性ｂの推定値、即ち制御入力特性ｂestを(13)式に代入
して、実際の制御入力を得る。即ち次式で制御入力を与
える。

【００３７】

【数１４】

【００３８】(14)式により与えられる制御則が軌跡追従
型タイム・ディレイ・コントロールの制御式で、U(t)を
アクチュエータに目標開度入力として与えることによ
り、実車速Ｖと目標軌道車速Ｖdとの偏差ｅがゼロとな
り、希望する応答波形を与えることができる。ここで、
-dV(t-L)/dt、U(t-L)は、プラントの未知部分打ち消し
項であり、dVd(t)/dt+K1・ｅ(t)は、任意の目標軌道に
対する偏差動特性挿入項である。

【００３９】次に、制御系全体が安定となるような、推
定値best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。

【００４０】

【数１５】

【００４１】また、(4)式も同様にラプラス変換する。

【００４２】

【数１６】

【００４３】(15),(16)式より、次式を得る。

【００４４】

【数１７】

【００４５】ここで、パディ近似を(17)式に用いる。即
ち次式を代入する。

【００４６】

【数１８】

【００４７】

【数１９】

【００４８】よって、上式が安定となる条件は、ラウス
の安定判別により求められる。まず、(19)式の分母をF
(S)とし、Sに付いて整理する。

【００４９】

【数２０】

【００５０】ここで、(2)(3)(8)式および(14)式のパラ
メータ範囲より、A₁,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。

【００５１】

【数２１】

【００５２】よって、ｂestの条件は次式で与えられ
る。

【００５３】

【数２２】

【００５４】これより、ｂestは真の値の1/2以上に取ら
なければならない。そこで、(3)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。

【００５５】

【数２３】

【００５６】以上により、この推定値と、(14)式で得ら
れる制御入力Uを用いることにより、(8)式の偏差動特性
を満足する応答を得ることが出来る。

【００５７】尚、制御対象を１次遅れで近似して制御入
力を算出したが、２次以上のプラントとして設計しても
よい。次に、制御入力係数決定手段による制御入力特性
bestの変更ルールについて、基本的な考え方を以下説明
する。ここで、e(t)は目標軌道車速V_d(t)と実車速V(t)
との偏差、e(t)=V_d(t)-V(t) であり、de(t)/dtは偏差の
微分値である。またU(t)は目標偏差特性de(t)/dt=-k・e
(t)（kは偏差フィードバック係数）を満足する制御入力
で、(24)式によって演算されるもので次式で与えられる
ものである。

【００５８】

【数２４】

【００５９】ここで、Lは任意の微小時間遅れ、U(t-L)
は時間L前に制御対象に印加された入力、dV(t-L)/dtは
時間L前に制御対象より検出された実車速の微分値、bes
tは制御入力特性である。制御入力特性bestの変更ルー
ルは、前記偏差及び制御入力値および各微分値を用いて
車両の走行状態を推論する、定性的なルールであり、例
えば、以下のルールで構成されている。ここで、dU(t)/
dtはU(t)の微分値である。・IF e(t)>f1>0,de(t)/dt>0,U(t)≦g1,dU(t)/dt≦g2
THEN bestを減少させる。・IF e(t)>f1,de(t)/dt<0,eが目標偏差特性以上に減少,
U(t)≧g3,dU(t)/dt≧g4THEN bestを減少させる。・IF e(t)>f1,de(t)/dt<0,eが目標偏差特性以上に減少,
U(t)≦g3 THEN bestを増加させる。・IF e(t)>f1,de(t)/dt<0,上記以外 THEN bestを変更せ
ず。・IF e(t)<f2<0,de(t)/dt<0,U(t)≧g3,dU(t)/dt≧g4 TH
EN bestを減少させる。・IF e(t)<f2,de(t)/dt>0,eが目標偏差特性以上に減少,
U(t)≦g1,dU(t)/dt≦g2THEN bestを減少させる。・IF e(t)<f2,de(t)/dt>0,eが目標偏差特性以上に減少,
U(t)≧g1 THEN bestを減少させる。・IF e(t)<f2,de(t)/dt>0,上記以外 THEN bestは変更せ
ず。ここで、f1,f2,g1,g2,g3,g4は、f1>0,f2<0,g1>g3>0,g2>
0>g4を満たす設定値である。また、偏差が目標偏差特性
以上で減少しているかどうかは次式により判断できる。

【００６０】

【数２５】

【００６１】また上記ルールに於いて、制御対象が高次
遅れ系の場合には、偏差の高階の微分値を用いたルール
の作成も可能であり、制御対象に応じた様々なルールを
用いてbestを変更しても良い。以上のルールにより、制
御入力係数決定手段において制御入力特性bestを更新
し、アクチュエータへの制御量を算出する制御則を(24)
式とすることにより、定速走行制御を行う。ここで制御
入力特性bestの変更範囲は(23)式より入力配分特性bの
最大値の半分以上とする。次に、リジューム操作時の制
御則変更手段についての一実施例を説明する。前記制御
則変更手段により変更されるとき以外は、(24)式により
アクチュエータへの制御入力が算出される。しかし、リ
ジューム操作時に制御則変更条件を満たしたとき、以下
の制御則に切り換えられる。

【００６２】

【数２６】

【００６３】図２は、制御則変更手段の一実施例を示す
基本フローであり、以下このフローを基に変更条件に付
いて説明する。ステップ２１により、指令手段でリジュ
ーム信号が発生し、リジューム操作が開始され、ステッ
プ２２で、車速検出手段により実車速が計測される。ス
テップ２３により、目標車速Vsetとステップ２２で計測
された実車速との偏差の絶対値がある設定値Ａ以下かど
うか比較される。設定値Ａよりも偏差が大きければステ
ップ２６へ行き、(24)式で表わされる通常のタイム・デ
ィレイ・コントロール則により導かれた制御則１を選択
し、ステップ２７によりこの制御則１を用いてアクチュ
エータへの制御量が算出され、ステップ２８によりアク
チュエータが駆動され、リジューム操作が引続き行われ
る。ステップ２３に於て、前記偏差の絶対値が設定値Ａ
以下の時、ステップ２４により、前記偏差の絶対値が設
定値Ｂ（Ａ＞Ｂ＞０）以上かどうか比較される。設定値
Ａ以下かつ設定値Ｂ以上であれば変更条件を満たしてお
り、ステップ２５により(26)式で表わされる制御則２が
選択される。そしてステップ２７により制御則２を用い
てアクチュエータへの制御量が算出され、車速のオーバ
ーシュートおよびアンダーシュートを抑える方向にアク
チュエータが駆動される。またステップ２４で前記偏差
の絶対値が設定値Ｂより小さくなったとき、即ち実車速
が目標車速Vsetへの許容誤差範囲となりリジューム操作
が終了したと判断されたとき、ステップ２６により通常
の制御則１が選択され定速走行制御が行われる。

【００６４】図３に、制御則変更手段により得られる実
車速と制御入力の応答波形を示す。リジューム時の目標
軌道車速Vdはリジューム開始時車速から目標車速Vsetに
至るまでの直線で表され、リジューム操作終了後は目標
車速Vsetとなる。ここで波線（ａ）で表される曲線は制
御則変更を行わない場合の車速応答波形であり、波線
（ｃ）はそのときのアクチュエータへの制御入力を表し
ている。期待される制御入力の変化が得られず、車速の
オーバーシュートを起こしてしまう。これに対し、実線
（ｂ）で表される曲線は目標車速Vsetと実車速との偏差
の絶対値が設定値Ａ以下となったときに制御則変更手段
により制御則が変更された場合の車速応答波形を表して
おり、同じく実線（ｄ）はそのときの制御入力の変化を
表している。制御入力は車速のオーバーシュートを抑え
る方向に変化し、実車速は目標車速Vsetに対して滑らか
に収束することができる。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、本発明は、制御則変更手
段により、リジューム操作終了前にある条件を満たした
とき制御則を変更することにより、実車速のオーバーシ
ュートおよびアンダーシュートを抑える方向にアクチュ
エータへの制御入力を算出し、リジューム操作終了時の
車速のオーバーシュートおよびアンダーシュートを小さ
くすることができ、リジューム時に違和感の無い、車速
追従精度の良い、定速走行制御を実現できるという効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概念を示した構成図

【図２】本発明の一実施例で用いられる制御則変更手段
の手順を示すフローチャート

【図３】本実施例の制御則変更手段を用いた車速応答及
び制御入力量を示す概念図

【符号の説明】

11 車速検出手段 12 指令手段 13 目標値設定手段 14 目標軌道設定手段 15 制御入力係数決定手段 16 制御手段 17 制御則変更手段 18 アクチュエータ 19 車体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実車速を検出する車速検出手段と、スロッ
トルバルブを通して車速を調整するアクチュエータと、
定速走行開始信号・定速走行解除信号、および定速走行
解除後、再び前回の定速走行時の車速に復帰するリジュ
ーム信号を出す指令手段と、前記指令手段の定速走行開
始信号により目標車速Vsetを設定する目標値設定手段
と、tを時刻とし一つの目標軌道車速Vd(t)を時間の関数
により与える目標軌道設定手段と、前記車速検出手段の
出力V(t)が目標車速Vsetとなるように、前記アクチュエ
ータに入力する制御量を、プラントのモデル化誤差や外
乱等の未知項の変動が微小なL時間一定であると仮定す
ることにより、前記微小時間L前の既知部の項を用い
て、未知の項を推定する適応制御の一種であるタイム・
ディレイ・コントロール則により算出しアクチュエータ
へ出力する制御手段と、前記目標軌道車速Vd(t)と前記
実車速との偏差e(t)または、前記偏差e(t)のn階までの
微分値の少なくとも一つと、アクチュエータの平均移動
速度及び位置とを評価して、前記制御則における制御ゲ
インを決定する制御入力特性bestを与える一つ以上の係
数決定規則を用いて制御入力特性bestを算出する制御入
力係数決定手段と、リジューム操作中に、実車速と目標
車速Vsetの偏差が、ある変更条件を満たしたときのみ、
前記制御手段で用いられる制御則を切り換える制御則変
更手段を具備することを特徴とする車両用定速走行制御
装置。
【請求項２】制御手段に於いて変更条件を満たさないと
きに用いられる制御則は、目標軌道設定手段の出力Vd
(t)と車速検出手段の出力V(t)との偏差をe(t)、偏差フ
ィードバック係数をki(>0, i=n-1〜0)とし、制御ゲイン
算出時に用いる制御入力特性bestの値を、入力を前記ア
クチュエータへの入力、出力を車速とするモデルの入力
配分特性bの最大値の1/2倍以上の値となるように調整範
囲を定め、V(t)がVd(t)で与えられる目標軌道に沿って
目標車速Vsetとなるような、アクチュエータへの制御入
力をU(t)とするとき、タイム・ディレイ・コントロール
則により、U(t)の微小時間L前の値と、実車速V(t)の微
小時間L前のn次微分値と、目標軌道車速Vd(t)のn次微分
値と、前記偏差フィードバック係数と、前記偏差のn-1
次までの全ての微分値と、前記制御入力特性bestを用い
て表され、リジューム操作時に前記変更条件が満たされ
たとき、前記制御則変更手段に於て切り換えられる制御
則は、前記アクチュエータへの制御入力をU(t)とし、こ
のU(t)の微小時間L前の値と、実車速V(t)の微小時間L前
のn次微分値と、前記偏差フィードバック係数と、前記
偏差のn-1次までの全ての微分値と、前記制御入力特性b
estを用いて表されることを特徴とする請求項１記載の
車両用定速走行制御装置。
【請求項３】制御則変更手段に於て、リジューム終了時
の制御則変更条件は、実車速と目標車速Vsetとの偏差が
設定値Aから設定値B以内にある時とし、それ以外はタイ
ム・ディレイ・コントロール則で得られる制御則で走行
制御を行うことを特徴とする請求項１記載の車両用定速
走行制御装置。
【請求項４】制御則変更手段に於て、リジューム終了時
に制御則を変更する条件は、実車速と目標車速Vsetとの
偏差が設定値以下となったとき変更し、期間はある一定
期間のみとし、その期間以外はタイム・ディレイ・コン
トロール則で得られる制御則で走行制御を行うことを特
徴とする請求項１記載の車両用定速走行制御装置。