JPH10272965A

JPH10272965A - 車速制御装置

Info

Publication number: JPH10272965A
Application number: JP7994697A
Authority: JP
Inventors: Takenori Hashizume; 武徳橋詰; Hideo Nakamura; 英夫中村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンの運転状態が不連続的に切り換わる
境界の近傍における車速変動を抑制する。【解決手段】車速検出値を車速指令値に一致させるた
めのエンジントルク指令値を演算し、エンジントルク指
令値とエンジン回転速度とに基づいてエンジンの運転点
を推定し、エンジンの運転点が予め設定した領域内にあ
ればその運転点を変更する。これにより、エンジンの運
転状態が不連続的に切り換わるような使用禁止領域を予
め設定しておけば、そのような領域内でのエンジンの運
転が避けられ、走行制御の安定性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の走行速度が
目標値となるように制御する車速制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３に示すように、車速指令値と実車
速との偏差に基づいて両者を一致させるためのエンジン
トルク指令値を演算し、このエンジントルク指令値に実
トルクを一致させるようにエンジンスロットル開度を制
御する車速制御装置が知られている（例えば、特開昭６
３−１６７０４０号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、希
薄燃焼型エンジンにおける空燃比の不連続的な切り換え
（図１４参照）や、可変動弁機構付きエンジンにおける
吸排気バルブ開閉タイミングの不連続的な切り換え（図
１５参照）の際には、図１６に示すようにエンジントル
クに段差が発生する。このようなエンジンを従来の車速
制御装置で制御する場合に、車速指令値と走行抵抗の関
係から、運転状態が不連続的に切り換わる境界近傍でエ
ンジン負荷がつりあうと、図１７に示すように、車速フ
ィードバック制御が働いてスロットル開度のハンチング
が発生し、車速が変動する。

【０００４】本発明の目的は、エンジンの運転状態が不
連続的に切り換わる境界の近傍における車速変動を抑制
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１の発明は、エンジンの回転速度を検出
する回転速度検出手段と、車速を検出する車速検出手段
と、車速検出値を車速指令値に一致させるためのエンジ
ントルク指令値を演算するトルク指令値演算手段と、エ
ンジントルク指令値とエンジン回転速度とに基づいてエ
ンジンの運転点を推定し、エンジンの運転点が予め設定
した領域内にあるかどうかを判定する判定手段と、エン
ジンの運転点が設定領域内にあると判定されると、エン
ジンの運転点を変更する運転点変更手段とを備える。車
速検出値を車速指令値に一致させるためのエンジントル
ク指令値を演算し、エンジントルク指令値とエンジン回
転速度とに基づいてエンジンの運転点を推定し、エンジ
ンの運転点が予め設定した領域内にあればその運転点を
変更する。（２）請求項２の車速制御装置は、運転点変更手段に
よって、車速指令値に所定値を加算してエンジンの運転
点を変更するようにしたものである。（３）請求項３の車速制御装置は、設定領域を、空燃
比の切り換えによりエンジンの運転状態が不連続的に切
り換わる領域としたものである。（４）請求項４の車速制御装置は、設定領域を、吸排
気バルブ駆動用カムの切り換えによりエンジンの運転状
態が不連続的に切り換わる領域としたものである。（５）請求項５の車速制御装置は、運転点変更手段に
よって、車速指令値に所定値を加算した後に所定値の符
号を反転するようにしたものである。

【０００６】

【発明の効果】

（１）請求項１の発明によれば、車速検出値を車速指
令値に一致させるためのエンジントルク指令値を演算
し、エンジントルク指令値とエンジン回転速度とに基づ
いてエンジンの運転点を推定し、エンジンの運転点が予
め設定した領域内にあればその運転点を変更するように
したので、エンジンの運転状態が不連続的に切り換わる
ような使用禁止領域を予め設定しておけば、そのような
領域内でのエンジンの運転が避けられ、走行制御の安定
性が向上する。（２）請求項２の発明によれば、車速指令値に所定値
を加算してエンジンの運転点を変更するようにしたの
で、請求項１と同様な効果が得られる。（３）請求項３の発明によれば、設定領域を、空燃比
の切り換えによりエンジンの運転状態が不連続的に切り
換わる領域としたので、空燃比が切り換えられるエンジ
ンを走行駆動源とする車両でも安定な走行制御特性が得
られる。（４）請求項４の発明によれば、設定領域を、吸排気
バルブ駆動用カムの切り換えによりエンジンの運転状態
が不連続的に切り換わる領域としたので、吸排気バルブ
駆動用カムを切り換えるエンジンを走行駆動源とする車
両でも安定な走行制御特性が得られる。（５）請求項５の発明によれば、車速指令値に所定値
を加算した後に所定値の符号を反転するようにしたの
で、次にエンジンの運転点が設定領域内に入った時に車
速指令値を元の値に戻すことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は一実施の形態の構成を示
す。セットスイッチ１は、現在の車速を車速指令値に設
定して車速制御を開始するためのスイッチである。アク
セラレートスイッチ２は設定車速を増加するためのスイ
ッチ、コーストスイッチ３は設定車速を低減するための
スイッチである。キャンセルスイッチ４は定速走行制御
を解除するためのスイッチ、ブレーキスイッチ５はフッ
トブレーキが操作された時に作動するスイッチである。
このブレーキスイッチ５が作動したら、キャンセルスイ
ッチ４が操作された場合と同様に定速走行制御を解除す
る。

【０００８】クランク角センサー６はエンジン回転速度
に応じた周期のパルス列信号を出力し、車速センサー７
は車速に応じた周期のパルス列信号を出力する。また、
スロットルセンサー８はスロットルバルブの開度を検出
する。

【０００９】希薄燃焼型エンジン９は、スロットルアク
チュエータによる吸入空気制御と、インジェクターによ
る燃料噴射制御と、点火プラグによる点火時期制御とに
より、エンジントルクが指令値に一致するように制御さ
れる。この希薄燃焼型エンジン９では、理想空燃比（ス
トイキ）状態と希薄燃焼用空燃比状態とが不連続的に切
り換えられるととに、低回転用カムと高回転用カムの切
り換えにより吸排気バルブの開閉タイミングが不連続的
に切り換えられる。

【００１０】車速制御コントローラー１０は、マイクロ
コンピュータとその周辺部品や各種アクチュエータの駆
動回路などを備え、車速指令値の設定、車速指令値の変
更、トルク指令値の演算などを行なって車速制御を行な
う。トルクコントローラー１１は、マイクロコンピュー
タとその周辺部品や各種アクチュエータの駆動回路など
を備え、エンジントルクの制御と、空燃比状態や吸排気
バルブ開閉タイミングなどのエンジン運転状態の切り換
え制御を行なう。

【００１１】図２は車速制御プログラムを示すフローチ
ャートである。車速制御コントローラー１０は、１０ｍ
ｓｅｃごとにこの車速制御プログラムを実行する。ステ
ップ１において、車速センサー７のパルス幅（ｎ周期
分）の逆数から実車速Ｖspを演算するとともに、クラン
ク角センサー６のパルス数をカウントして平均エンジン
回転速度Ｎｅを計測する。続くステップ２で、キャンセ
ルスイッチ４またはブレーキスイッチ５がオン状態にあ
るか、すなわち定速走行制御が解除されたかどうかを確
認する。定速走行制御が解除されたらステップ６へ進
み、各種制御フラグやパラメーター変数の初期化を行な
って車速制御を終了する。

【００１２】定速走行制御が解除されていない場合はス
テップ３へ進み、セットスイッチ１が操作されたかどう
かを確認する。セットスイッチ１が操作されたら定速走
行制御を開始するためにステップ４へ進み、現在の実車
速Ｖspを車速指令値Ｖsprに設定して記憶する。さらに
ステップ５で、定速走行制御中を示すフラグをセットし
ていったん車速制御を終了する。

【００１３】セットスイッチ１が操作されていない場合
はステップ７へ進み、定速走行制御中フラグにより定速
走行制御中かどうかを確認する。定速走行制御中でなけ
ればステップ６へ進み、各種制御フラグやパラメーター
変数の初期化を行なって車速制御を終了する。定速走行
制御中の場合はステップ８へ進み、車速指令値Ｖsprに
実車速Ｖspを一致させるためのエンジントルク指令値を
演算する。

【００１４】エンジントルク指令値の演算方法を説明す
る。この演算は、図３に示すように、線形制御手法であ
るモデルマッチング手法と近似ゼロイング手法による車
速フィードバック補償器を用いて行なう。車速フィード
バック補償器に組み込まれた制御対象の車両モデルは、
目標駆動力を操作量とし、車速を制御量としてモデル化
することによって、相対的に応答性の速いエンジンやト
ルクコンバータの過渡特性、およびトルクコンバータの
非線形定常特性を省略することができ、車両のパワート
レインの挙動は図４に示す簡易非線形モデルで表わすこ
とができる。そして、例えば図５に示すような、予め計
測されたエンジン非線形定常特性マップを用いて駆動力
指令値に実駆動力が一致するようなスロットル開度指令
値を算出し、スロットル開度をサーボコントロールする
ことにより、エンジン非線形定常特性を線形化すること
ができる。したがって、駆動力指令値を入力とし、車速
を出力とする車両モデルは積分特性となり、補償器では
この車両モデルの伝達特性をパルス伝達関数Ｐ（ｚ^-1）
とおくことができる。

【００１５】図３において、ｚは遅延演算子であり、ｚ
^-1を乗ずると１サンプル周期前の値となる。また、Ｃ１
（ｚ^-1）、Ｃ２（ｚ^-1）は近似ゼロイング手法による外
乱推定器であり、外乱やモデル化誤差による影響を抑制
する。さらに、Ｃ３（ｚ^-1）はモデルマッチング手法に
よる補償器であり、図６に示すように、車速指令値Ｖｓ
ｐｒを入力とし実車速Ｖｓｐを出力とした場合の制御対
象の応答特性を、予め定めた一次遅れとむだ時間要素を
持つ規範モデルＨ（ｚ^-1）の特性に一致させる。

【００１６】制御対象の伝達特性は、パワートレインの
遅れであるむだ時間を考慮する必要がある。駆動力指令
値を入力とし実車速を出力とする制御対象のパルス伝達
関数Ｐ（ｚ^-1）は、次式に示す積分要素Ｐ１（ｚ^-1）と
むだ時間要素Ｐ２（ｚ^-1）（＝ｚ^-n）の積で表わすこと
ができる。

【数１】Ｐ１（ｚ^-1）＝Ｔ・ｚ^-1／｛Ｍ・（１−ｚ^-1）｝ここで、Ｔはサンプル周期（この実施形態では１０ｍｓ
ｅｃ）、Ｍは平均車重である。

【００１７】このとき、補償器Ｃ１（ｚ^-1）は次式で表
わされる。

【数２】Ｃ１（ｚ^-1）＝（１−γ）・ｚ^-1／（１−γ・ｚ^-1）， γ＝ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔｂ）すなわち、補償器Ｃ１（ｚ^-1）は時定数Ｔｂのローパス
フィルタである。

【００１８】さらに、補償器Ｃ２（ｚ^-1）はＣ１／Ｐ１
として次式で表わされる。

【数３】Ｃ２（ｚ^-1）＝Ｍ・（１−γ）・（１−ｚ^-1）
／｛Ｔ・（１−γ・ｚ^-1｝なお、補償器Ｃ２は、車両モデルの逆系にローパスフィ
ルタをかけたものであり、実車速Ｖｓｐから逆算される
外乱（走行抵抗）の影響を受けた駆動力、すなわち図４
に示すように駆動力から走行抵抗を差し引いた駆動力を
逆算することができる。

【００１９】また、制御対象のむだ時間を無視して、規
範モデルＨ（ｚ^-1）を時定数Ｔａの１次ローパスフィル
タとすると、補償器Ｃ３は次のような定数となる。

【数４】Ｃ３＝Ｋ＝｛１−ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔａ）｝・Ｍ／Ｔ

【００２０】次に、モデルマッチング補償器Ｃ３
（ｚ^-1）に相当する部分の演算を行ない、実車速Ｖｓｐ
から車速指令値Ｖｓｐｒまで加速するための駆動力指令
値ｙ４を求める。データｙ（ｋ−１）は１サンプル周期
前のデータｙ（ｋ）を表わすものとすると、

【数５】ｙ４（ｋ）＝Ｋ・（Ｖｓｐｒ（ｋ）−Ｖｓｐ
（ｋ））

【００２１】また、図３に示す外乱推定器の一部のロバ
スト補償器Ｃ２（ｚ^-1）に相当する部分の演算を行な
い、実車速Ｖｓｐに基づいて外乱（走行抵抗など）の影
響を受けた駆動力ｙ３を逆算する。

【数６】ｙ３（ｋ）＝γ・ｙ３（ｋ−１）＋（１−γ）
・Ｍ・｛Ｖｓｐ（ｋ）−Ｖｓｐ（ｋ−１）｝／Ｔ

【００２２】目標駆動力ｙ４を走行抵抗推定値Ｆｒで補
正して最終目標駆動力ｙ１（ｋ）を求める。

【数７】ｙ１（ｋ）＝ｙ４（ｋ）−（ｙ３（ｋ）−ｙ２（ｋ−２））＝ｙ４（ｋ）＋（ｙ２（ｋ−２）−ｙ３（ｋ）），Ｆｒ＝ｙ２（ｋ−２）−ｙ３（ｋ）ここで、ｙ２（ｋ−２）は駆動力ｙ２（ｋ）の２サンプ
ル周期前の値であり、駆動力ｙ２（補償器Ｃ１の出力）
の演算は上述した積分要素Ｐ１（ｚ^-1）の演算に相当
し、その２サンプル周期前の値を用いることはむだ時間
要素Ｐ２（ｚ^-1）の演算に相当する。ｙ３（ｋ）は実車
速Ｖｓｐから求めた走行抵抗の影響を受けた駆動力であ
り、駆動力ｙ２（ｋ−２）は補償器内で求めた走行抵抗
の影響を受けない駆動力であるから、両者の差が走行抵
抗推定値（外乱推定値）Ｆｒとなる。このように、近似
ゼロイング手法で構成された外乱推定器は、制御対象モ
デルの出力と実際の制御対象の出力との差に基づいて走
行抵抗などの外乱を正確に推定することができる。

【００２３】次に、最終目標駆動力ｙ１を上下限値以内
に制限する。まず、スロットル全開時および全閉時のエ
ンジントルクをエンジン回転速度ごとに測定したデータ
テーブルを用いて、現在のエンジン回転速度Ｎｅに対応
する最大エンジントルクＴｅｍａｘと最小エンジントル
クＴｅｍｉｎを求める。さらに、最大エンジントルクＴ
ｅｍａｘと最小エンジントルクＴｅｍｉｎから、次式に
より最大駆動力Ｆｍａｘと最小駆動力Ｆｍｉｎを求め
る。

【数８】Ｆｍａｘ＝Ｔｅｍａｘ・Ｇｍ・Ｇｆ／Ｒｔ，Ｆｍｉｎ＝Ｔｅｍｉｎ・Ｇｍ・Ｇｆ／Ｒｔここで、Ｇｍはトランスミッションのギア比、Ｇｆはフ
ァイナルギア比、Ｒｔはタイヤの有効半径である。

【００２４】最終目標駆動力ｙ１（ｋ）を最大駆動力Ｆ
ｍａｘと最小駆動力Ｆｍｉｎ以内に制限して駆動力ｙ５
（ｋ）を求める。

【数９】ｙ１（ｋ）≧Ｆｍａｘの場合は、ｙ５（ｋ）＝Ｆｍａｘ，ｙ１（ｋ）≦Ｆｍｉｎの場合は、ｙ５（ｋ）＝Ｆｍｉｎ，Ｆｍｉｎ＜ｙ１（ｋ）＜Ｆｍａｘの場合は、ｙ５（ｋ）＝ｙ１（ｋ）

【００２５】また、外乱推定器の一部であるローパスフ
ィルタとしての補償器Ｃ１（ｚ^-1）に相当する部分の演
算を行なう。

【数１０】ｙ２（ｋ）＝γ・ｙ２（ｋ−１）＋（１−
γ）・ｙ５（ｋ−１）そして最後に、最終目標駆動力ｙ１（ｋ）に基づいてエ
ンジントルク指令値Ｔerを演算する。

【数１１】Ｔer＝ｙ１・Ｒｔ／（Ｇｍ・Ｇｆ）

【００２６】ふたたび図２に戻って車速制御の説明を続
ける。ステップ９において、上記ステップ１で計測した
エンジン回転速度Ｎｅと、ステップ８で算出したエンジ
ントルク指令値Ｔerとにより推定されるエンジンの運転
点が、上述した運転状態が不連続的に切り換わる境界の
近傍か否かを判定する。この判定は、図７、図８に示す
ように、空燃比やカムの切り換えによりエンジンの運転
状態が不連続的に切り換わる使用禁止領域（図中のハッ
チング部分）をエンジン特性マップ上に記憶しておき、
エンジン回転速度Ｎｅとトルク指令値Ｔerにより推定さ
れるエンジンの運転点が使用禁止領域内にあるかどうか
を調べる。運転点が使用禁止領域内にある場合はステッ
プ１０へ進み、ステップ４で設定した車速指令値に所定
値を加算する。この所定値は、図７、図８に示す使用禁
止領域を乗り越えるのに十分な車速増加分とする。さら
にステップ１１では、車速指令値に加算した所定値の符
号を反転しておく。これは、ふたたびエンジンの運転状
態が不連続的に切り換わる点の近傍になった場合に、符
号を反転した所定値を加算することによって車速指令値
を元の値に戻すためである。ステップ１２において、エ
ンジントルクコントローラー１１へトルク指令値Ｔerを
送信する。

【００２７】エンジントルクコントローラー１１は、車
速制御コントローラー１０からのトルク指令値Ｔer、車
速センサー７の計測値に基づくエンジン回転速度Ｎｅ、
スロットルセンサー８の検出値に基づくスロットル開度
などにより、希薄燃焼型エンジン９のトルク制御と、空
燃比状態や吸排気バルブ開閉タイミングなどの運転状態
の切り換え制御を行なう。

【００２８】図９、図１０は従来の装置による車速制御
結果を示し、図１１、図１２は上記実施の形態による車
速制御結果を示す。従来の車速制御では、図９に示すよ
うに道路勾配の増加にともなって走行抵抗が増加すると
トルク指令値が増加し、図１０に示すようにエンジンの
運転点がＡ点からＢ点に上昇する。そして、エンジンの
運転状態が不連続的に切り換わる境界領域に入ると、上
述したようにエンジントルクに段差が発生し、エンジン
トルク指令値にハンチングが発生して車速が変動する。

【００２９】一方、上記実施の形態の車速制御では、図
１１に示すように道路勾配の増加にともなって走行抵抗
が増加するとトルク指令値が増加し、図１２に示すよう
にエンジンの運転点がＣ転から上昇してエンジンの運転
状態が不連続的に切り換わる境界領域に入る。エンジン
回転速度Ｎｅとエンジントルク指令値Ｔerとに基づいて
エンジンの運転点が使用禁止領域内にあると推定される
と、車速指令値に所定値が加算され、その分だけトルク
指令値Ｔerが増加するとともにエンジン回転速度Ｎｅが
増加し、エンジンの運転点が使用禁止領域外のＤ点に移
動する。これにより、トルク指令値のハンチングが発生
せず、車速は所定値分だけ増加して安定する。

【００３０】この状態において、走行抵抗の減少にとも
なってトルク指令値が減少すると、ふたたびエンジンの
運転点が使用禁止領域内に入る。エンジン回転速度Ｎｅ
とエンジントルク指令値Ｔerとに基づいてエンジンが運
転点が使用禁止領域内にあると推定されると、車速指令
値に符号を反転した所定値が加算され、車速指令値が元
の値に戻る。その結果、トルク指令値Ｔerが減少すると
ともにエンジン回転速度Ｎｅが低下し、エンジン運転点
が使用禁止領域外のＣ点に戻って安定な定速走行制御が
継続される。

【００３１】以上の一実施形態の構成において、クラン
ク角センサー６が回転速度検出手段を、車速センサー１
が車速検出手段を、車速制御コントローラー１０がトル
ク演算手段および運転点変更手段をそれぞれ構成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態の構成を示す図である。

【図２】一実施の形態の車速制御を示すフローチャー
トである。

【図３】車速フィードバック補償器を示す図である。

【図４】車両のパワートレインの挙動を示す簡易非線
形モデル図である。

【図５】エンジン非線形定常特性マップを示す図であ
る。

【図６】モデルマッチング補償器を示す図である。

【図７】空燃比の切り換えによりエンジンの運転状態
が不連続的に切り換わる使用禁止領域を示す図である。

【図８】吸排気バルブ駆動用カムの切り換えによりエ
ンジンの運転状態が不連続的に切り換わる使用禁止領域
を示す図である。

【図９】従来の装置の車速制御結果を示す図である。

【図１０】従来の装置の車速制御結果を示す図であ
る。

【図１１】一実施の形態の車速制御結果を示す図であ
る。

【図１２】一実施の形態の車速制御結果を示す図であ
る。

【図１３】従来の車速制御装置の構成を示す図であ
る。

【図１４】空燃比の切り換えによりエンジンの運転状
態が不連続的に切り換わる境界を示す図である。

【図１５】吸排気バルブ駆動用カムの切り換えにより
エンジンの運転状態が不連続的に切り換わる境界を示す
図である。

【図１６】エンジンの運転状態を不連続的に切り換え
た場合に発生するエンジントルクの段差を示す図であ
る。

【図１７】エンジンの運転状態が不連続的に切り換わ
る領域でエンジンを運転した場合に発生する車速のハン
チング変動を示す図である。

【符号の説明】

１セットスイッチ２アクセラレートスイッチ３コーストスイッチ４キャンセルスイッチ５ブレーキスイッチ６クランク角センサー７車速センサー８スロットルセンサー９希薄燃焼型エンジン１０車速制御コントローラー１１エンジントルクコントローラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの回転速度を検出する回転速度
検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、車速検出値を車速指令値に一致させるためのエンジント
ルク指令値を演算するトルク指令値演算手段と、エンジントルク指令値とエンジン回転速度とに基づいて
エンジンの運転点を推定し、エンジンの運転点が予め設
定した領域内にあるかどうかを判定する判定手段と、エンジンの運転点が前記設定領域内にあると判定される
と、エンジンの運転点を変更する運転点変更手段とを備
えることを特徴とする車速制御装置。
【請求項２】請求項１に記載の車速制御装置におい
て、前記運転点変更手段は、車速指令値に所定値を加算して
エンジンの運転点を変更することを特徴とする車速制御
装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の車速制
御装置において、前記設定領域は、空燃比の切り換えによりエンジンの運
転状態が不連続的に切り換わる領域であることを特徴と
する車速制御装置。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載の車速制
御装置において、前記設定領域は、吸排気バルブ駆動用カムの切り換えに
よりエンジンの運転状態が不連続的に切り換わる領域で
あることを特徴とする車速制御装置。
【請求項５】請求項２〜４のいずれかの項に記載の車
速制御装置において、前記運転点変更手段は、車速指令値に所定値を加算した
後に所定値の符号を反転することを特徴とする車速制御
装置。