JP2007120387A - 車両走行制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】走行テストパターンの許容範囲を外れないように、車両の走行を制御する。
【解決手段】ＥＣＵ３が、アイドリング運転、加速運転、定速運転、減速運転を構成要素とする車両運転モードを制御する車両４に対して、構成要素を時系列に従って適宜組合せた走行テストパターンを予め設定し、設定された走行テストパターンに従って、車両４が走行するようにＥＣＵ３に制御信号を送出する車両走行制御システム１であって、走行テストパターンの速度−時間データを時間微分して、各構成要素の加速度−時間データに変換する微分回路２１と、加速度−時間データの高周波成分を除去するフィルタ２３とを有し、制御信号を創生する演算部２を備え、車両４を設定された走行テストパターンの許容値内に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、予め設定された走行テストパターンに従って、車両が走行するようにＥＣＵに制御信号を送出する車両走行制御システムに関する。

車両の燃費効率、及び排ガスの性能検査のために、運転時間や速度が予め決められた走行テストパターンに従って、車両を運転する走行試験がある。標準的な走行テストパターンとしては、例えば、燃費測定用の１０・１５モードがある。

１０・１５モードの走行テストパターンを図６に示す。図６に示されるように、走行テストパターンは、アイドリング運転（停止）、加速運転、定速運転、減速運転の構成要素を時系列に従って適宜組合せたものが予め規定されており、この走行テストパターンの場合、６６０秒の期間内に、第１運転パターンから第４運転パターンが用意され、このグラフに従って車両が運転されなければならない。

尚、走行テストパターンは、図６のようにグラフ化されている他、図８に示すように時間とその時間における運転条件が規定された表形式で表されていてもよい。図８は、図６の第１運転パターンを表形式に表したものである。

従来の走行試験では、台上に車両を搭載し実際の運転者が走行テストパターンで規定された運転条件に従って運転するのが一般的であったが、最近では、米国のカリフォルニア地区での走行テストパターンＬＡ４（図７参照）のように、運転速度が時々刻々と変化し、また構成要素間の運転切替えが急峻で、極めて複雑なパターンが増え、実際の運転者による走行試験では、再現性、正確性に欠けるようになってきた。

そのため、走行テストパターンを電子化し、ロボット等の機械に制御信号として与えることで、自動運転による試験が行なわれるようになった。

しかしながら、自動運転が普及しつつある現在であっても、走行テストパターンには、例えば、図６に丸印で囲った部分のように、構成要素間の運転切替えが急峻となるポイント（高周波成分）が多々存在しており、走行テストパターン通りの運転を行なうことは現実的に困難であるため、実際には、走行テストパターンの既定値に対する許容範囲（例えば、既定値に対して±３％以内となるような範囲）を予め定め、許容範囲内での走行試験が行なわれるよう、車両を制御している。

許容範囲内で試験を行なうための車両制御方法は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の方法は、走行テストパターンと実際の運転パターンが合致しない場合に、車両の駆動トルク、負荷トルク、スロットルバルブ開閉特性等、車両内部に対する制御の応答性を求め、この応答性に基づいて、車両へ送出する制御信号の値を修正して、走行テストパターンに、より近い運転パターンが得られるようにするものである。

しかしながら、このような車両制御方法には、以下に説明する技術的課題があった。

特許第２６１１２３９号公報

すなわち、特許文献１に記載の車両制御方法は、個々の車両内部の制御目標値に対する応答性を求めて、制御目標値と実際の制御値とを合わせる方法であり、様々な車両で走行試験を行なう場合には、その都度、車両の内部特性を求める必要があり、試験が煩雑となり、長期化する原因となっていた。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、個々の車両の内部特性を求めることなく、どのような車両に対しても、走行テストパターンの許容範囲内に収まるような運転制御が行なわれる車両走行制御システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明にかかる車両走行制御システムは、ＥＣＵが、アイドリング運転、加速運転、定速運転、減速運転を構成要素とする車両運転モードを制御する車両に対して、前記構成要素を時系列に従って適宜組合せた走行テストパターンを予め設定し、設定された走行テストパターンに従って、前記車両が走行するように、制御信号を創生する車両走行制御システムであって、前記走行テストパターンの速度−時間データを時間微分して、前記各構成要素の加速度−時間データに変換する微分回路と、前記加速度−時間データの高域遮断又は低域通過処理を行なうフィルタとを有し、前記制御信号を創生する演算部を備え、前記車両を前記設定された走行テストパターンの許容値内に制御するようにした。

また、前記走行テストパターンの速度−時間データを時分割ディジタル化し、重み付け平滑化による低域通過フィルタと、前記フィルタの処理結果を時間微分して前記各構成要素の加速度−時間データに変換する微分回路とを有し、前記制御信号を創生する演算部を備え、前記車両を前記設定された走行テストパターンの許容値内に制御する車両走行制御システムであってもよい。

これらの車両走行制御システムによれば、速度−時間データを加速度−時間データに変換し高域遮断又は低域通過処理を行い、または、速度−時間データを時分割ディジタル化し重み付け平滑化による低域通過処理を行い加速度−時間データに変換し、車両運転モードの構成要素間の運転切替時の波形形状が鈍化された制御信号が創生されてＥＣＵ等に供給可能となるので、車両がＥＣＵからの制御に追従可能となり、個々の車両の内部特性を考慮することなく、車両の走行結果が走行テストパターンの許容範囲内に収まるようにすることが出来る。

前記演算部は、ディジタル信号処理回路によって構成され、スプライン補間によって、前記創生する制御信号を時系列的に連続データとする補正を行なってもよい。

この構成によれば、構成要素間の運転切替が急峻な部分が鈍化されて時系列的に連続データとなってＥＣＵ等に供給可能となるので、車両が、ＥＣＵの制御に追従可能となる。

本発明にかかる車両走行制御システムによれば、速度−時間データを加速度−時間データに変換し高域遮断又は低域通過処理を行い、または、速度−時間データを時分割ディジタル化し重み付け平滑化による低域通過処理を行い加速度−時間データに変換し、車両運転モードの構成要素間の運転切替時の波形形状が鈍化された制御信号が創生されてＥＣＵ等に供給可能となるので、車両がＥＣＵからの制御に追従可能となり、個々の車両の内部特性を考慮することなく、車両の走行結果が走行テストパターンの許容範囲内に収まるようにすることが出来る。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１の車両走行制御システム１は、実際の走行試験に用いられる被試験物４（車両）と、予め決められた走行テストパターンの時系列データを入力して演算を行なう演算部２と、演算部２の演算結果、創生された制御信号に基づいて、被試験物４の走行を制御するＥＣＵ３とから構成される。

尚、被試験物４は、台上に搭載された実車両でもよいし、また、実機エンジンとダイナモメータが接続された仮想車両でもよい。また、コンピュータ上でＥＣＵ３からの制御信号に基づいてシミュレーションされる仮想の車両モデルであってもよい。従って、走行試験には、実際に路面を走行する試験の他、路面を走行しないで実車両や仮想車両、またシミュレーション上の仮想車両モデルを仮想的に走行させる試験も含まれる。また、ＥＣＵ３は、被試験物４に制御信号を与えて、被試験物４の走行を制御するものであればよく、ＥＣＵ相当の機能を有する制御装置であれば、必ずしもＥＣＵである必要はない。

本実施例の演算部２は、微分回路２１とフィルタ２３を備えている。図２（ａ）は、本実施例で、微分回路２１に入力される走行テストパターンの時系列データをグラフ化したものである。

走行テストパターンとは、車両運転モードの構成要素である、アイドリング運転（停止）、加速運転、定速運転、減速運転を、時系列に従って適宜組み合わせたものであり、例えば、図６〜図８に示す速度−時間のグラフや、時間と運転条件を規定した表が、走行テストパターンに相当する。そして、走行テストパターンの時系列データとは、経過時間とその時間における車両速度のセットで表現される速度−時間データであり、実際の走行試験でも、この図２（ａ）に示す走行テストパターン通りに被試験物４が運転されるよう、ＥＣＵ３から被試験物４への制御が行なわれる。

尚、図２（ａ）のグラフは、走行テストパターンの規定値を表しており、実際には、この通りに試験を行なうことは極めて困難であるから、既定値に対する許容範囲が予め設定され、許容範囲を超えないように走行試験が行なわれればよいことになっている。

図２（ｂ）は、微分回路２１で、図２（ａ）の速度−時間データを時間微分した結果である加速度−時間データを表している。尚、ここで微分される必要があるのは、ＥＣＵ３から被試験物４に与えられる制御信号の単位が加速度であるためである。

尚、図２（ｂ）の加速度−時間データが、仮に、そのまま制御信号としてＥＣＵ３に入力された場合には、構成要素間の運転切替時（例えば、図６、図８の走行テストパターンにおいて、運転モードが９（１２秒間で速度２０ｋｍ／ｈから４０ｋｍ／ｈに至る加速状態）から１０（１７秒間で速度４０ｋｍ／ｈから停止に至る減速状態）に切り替わる時）、切替えが不連続または急峻となるポイントがあるため、被試験物４の応答がＥＣＵ３からの制御に追従出来ず、結果的に図２（ａ）の走行テストパターンから外れた走行試験が行なわれることになる。

フィルタ２３は、微分回路２１で微分された結果である加速度−時間データの高速応答（高周波）成分を除去する、すなわち、高域遮断又は低域通過処理を行なう手段であり、いわゆるローパスフィルタである。図２（ｃ）は、図２（ｂ）の加速度−時間データがフィルタ２３によって処理された結果を表すグラフである。

尚、本実施例のフィルタ２３のカットオフ（遮断）周波数は、１Ｈｚであるが、このカットオフ周波数は、実際にＥＣＵ３の制御に基づいて走行する被試験物４の速度−時間データが、走行テストパターンの既定値に対する許容範囲内に収まるように設定されればよく、一般的な車両の応答特性を考慮すれば、０．１〜３Ｈｚが好適である。そうすれば、内部特性の個別に異なるどのような車両に対しても、一律の処理手段で、走行試験を行なうことが出来る。

このように、図２（ｂ）の加速度−時間データの構成要素間の不連続ポイント（又は構成要素間の運転切替が急峻なポイント）は高周波成分となるため、フィルタ２３によって鈍化されて、制御信号としてＥＣＵ３に供給されることで、被試験物４は、ＥＣＵ３からの制御に追従して応答することが可能となるのである。

尚、演算部２は、微分機能及びフィルタ機能と同等の機能が実現されるのであれば、アナログ回路で構成されてもよいし、ディジタル回路で構成されてもよい。

例えば、演算部２をディジタル回路で実現する場合には、走行テストパターンの速度−時間データを所定の周波数でサンプリングしてディジタルデータ化し、サンプリングデータをそれぞれ、時系列的に前後のサンプリング値に対して重み付け平滑化処理し、更に、この重み付け平滑化処理後の速度データから加速度データへ変換処理を行い、更に、スプライン処理を施すことにより、微分機能とフィルタ機能と同等の機能が実現されることはよく知られている。

また、前述の重み付け平滑化処理において、時系列的に前後の各１個のサンプリング値を用いて重み付けを行なうか、前後の各２個あるいは３個のサンプリング値を用いて重み付けを行なうかを自由に変えられること、また、重み付けの度合いを１／２の値にする等してフィルタ効果の程度を変更することが出来ることも、知られている。

尚、走行テストパターンの時系列データが、予め、時系列に従って、１秒毎等の決められた時間間隔の速度値によって規定されている場合には、サンプリング処理は行なわれなくてもよい。

ＥＣＵ３は、図２（ｃ）の加速度−時間データを、車両全体や実機エンジンを制御する信号、例えば、アクセル（加速度）信号やブレーキ信号、更に、スロットル開度信号に変換して、被試験物４の各部位に供給する。つまり、フィルタ２３を通過した後の加速度−時間データが制御信号となり、ＥＣＵ３に送出され、この制御信号に基づいて、ＥＣＵ３により被試験物４の走行が制御されるのである。

図３に、図２（ａ）の速度−時間の既定値データに対する許容範囲を示す許容値データＡ、Ａ’と、ＥＣＵ３が、図２（ｃ）に示された加速度−時間データ（制御信号）に基づいて被試験物４を制御して、実際に被試験物４を走行させた際に測定された速度−時間データＢとを合わせて示す。

図３に示されるように、実際の速度−時間データＢは、基本的には既定値データ（図示せず）と合致し、また、合致しない箇所については、許容値データＡとＡ’の間に収まっていることが分かる。つまり、演算部２によって、走行テストパターンの速度−時間データを微分して、フィルタ２３をかけることで、車両運転モードの構成要素間の運転切替時の波形形状が鈍化された制御信号が創生されるので、被試験物４がＥＣＵ３からの制御に追従可能となり、被試験物４の車両速度が走行テストパターンで規定された値に対する許容範囲内に収まるような走行が行なわれることになるのである。

尚、演算部２の演算結果に基づいても、走行テストパターンの規定値に対する許容範囲内での走行が行なわれなかった場合には、走行テストパターンの既定値そのものを許容範囲内で微調整するか、もしくは、フィルタ２３のカットオフ周波数を微調整することで、被試験物４の内部特性に影響されることなく、どのような被試験物４に対しても、走行テストパターンの許容範囲内に収まる走行が実現される。

本発明の車両走行制御システムの別実施例について、図４のフローチャートに基づき説明する。

本実施例では、走行テストパターンの速度−時間データから、ＥＣＵ３に入力される加速度−時間データへの変換を行なう演算部２は、ディジタル信号処理方式を採用しており、走行テストパターンの速度−時間データがフィルタ２３に入力され、その後、微分回路２１を通過するようになっている。つまり、先の実施例とは、微分回路２１とフィルタ２３の接続順序が逆となる。

尚、演算部２の詳細以外のシステム構成については、図１に示したものと同様であるから、その説明を省略する。

まず、走行テストパターンの時系列データから、所定時間毎に、速度信号値をサンプリング（抽出）し、時分割ディジタル化する（Ｓ１００）。本実施例では、１秒毎に速度信号値を抽出する（Ｓ１００）。

所定の平滑化条件に応じて、例えば、弱・中・強といった段階を選択し（Ｓ１１０）、フィルタ２３で、先の速度信号値毎に、時系列的に前後の速度信号の影響を軽減もしくは除去するための重み付け平滑化を行なう（Ｓ１２０〜１４０）。尚、この重み付け平滑化の効果が、高域カットオフ特性のローパスフィルタと同等の効果であることは知られている。

例えば、弱が選択された場合には、平滑化対象となる速度信号値（中心点速度信号値とする）を、（（直前の速度信号値×１／２）＋（中心点速度信号値×１）＋（直後の速度信号値×１／２））／３で置き換える（Ｓ１２０）。

中が選択された場合には、平滑化対象となる速度信号値（中心点速度信号値とする）を、（（直々前の速度信号値×１／４）＋（直前の速度信号値×１／２）＋（中心点速度信号値×１）＋（直後の速度信号値×１／２）＋（直々後の速度信号値×１／４））／５で置き換える（Ｓ１３０）。

強が選択された場合には、平滑化対象となる速度信号値（中心点速度信号値とする）を、（（直々々前の速度信号値×１／８）＋（直々前の速度信号値×１／４）＋（直前の速度信号値×１／２）＋（中心点速度信号値×１）＋（直後の速度信号値×１／２）＋（直々後の速度信号値×１／４）＋（直々々後の速度信号値×１／８））／７で置き換える（Ｓ１４０）。

次に、微分回路２１は、平滑化された速度信号値の個々のデータについて、所定時間毎に、時系列的に前後する速度信号値を減算することにより、速度信号データから加速度信号データに変換する（Ｓ１５０）。尚、この処理は、微分機能に相当するものである。

更に、加速度信号データを、スプライン関数で補間して、制御目標値とする（Ｓ１６０）。このスプライン関数を、要求される制御目標値の時間精度（本実施例では、例えば、１秒以下の時間、１０ｍｓｅｃ，１００ｍｓｅｃ等）毎に適用することで、時間精度の高い連続性のある制御目標値が生成される。

生成された制御目標値は、制御信号としてＥＣＵ３に入力され、アクセル信号、ブレーキ信号等に変換され、被試験物４に供給される（Ｓ１７０）。こうして被試験物４による試験が行なわれた結果、実際に得られた車両速度−時間データが、走行テストパターンの既定値に対する許容範囲内に収まっているかどうかが確認され（Ｓ１８０）、収まってない場合には、スプライン関数を変更することで（Ｓ１９０）、許容範囲内に収まるよう調整を行なう。

図５は、本実施例の演算部２のディジタル信号処理によって、走行テストパターンの時系列データから制御目標値を生成し、実際に走行試験を行なった結果を表すグラフであり、走行テストパターンの規定値である速度−時間データ１、速度−時間データ１を平滑化処理した速度−時間データ２、速度−時間データ２を１５秒毎に微分した加速度−時間データ３、構成要素間の運転切替が不連続な階段波形状の加速度−時間データ３をスプライン関数補間して、当該切替時の波形形状が鈍化され、時系列的に連続したデータとなるように処理された加速度−時間データ４が示されている。

図５の加速度−時間データ４が、制御目標値（制御信号）として、ＥＣＵ３に入力されるデータである。このように、構成要素間の運転切替時の不連続性・急峻性が鈍化された制御信号がＥＣＵ３に入力されるので、被試験物４は、ＥＣＵ３の制御に追従することが出来るようになる。

尚、本実施例では、不連続な階段波形状をしていた加速度−時間データ３を、時系列的に連続かつ鈍化された波形状の加速度−時間データ４とするために、スプライン関数補正を行なったが、スプライン関数補正を行なう代わりに、Ｓ１００における速度信号値のサンプリングを、例えば、１０ｍｓｅｃ、１００ｍｓｅｃといったより細かい時間間隔で行なうようにしても、同様の効果は得られる。

以上、車両走行制御システムの実施例につき説明したが、本発明の車両走行制御システムは、上記実施例で説明した構成要件の全てを備えた車両走行制御システムに限定されるものではなく、各種の変更及び修正が可能である。また、かかる変更及び修正についても本発明の特許請求の範囲に属することは言うまでもない。

本発明の車両走行制御システムの構成を示す図である。 走行テストパターンの時系列データ（速度−時間データ）と、走行テストパターンの時系列データを微分した加速度−時間データと、演算部の処理結果である加速度−時間データを示すグラフである。 走行テストパターンの既定値に対する許容範囲を示す速度−時間データと、実際の走行試験における速度−時間データを示すグラフである。 制御目標値（制御信号）を生成するための手順を示すフローチャートである。 走行テストパターンの時系列データ（速度−時間データ）と、走行テストパターンの時系列データを微分した加速度−時間データと、演算部の処理結果である加速度−時間データを示すグラフである。 １０・１５モードの走行テストパターンを示すグラフである。 走行テストパターンＬＡ４を示すグラフである。 図６のグラフを時間と運転条件の表に表したものである。

符号の説明

１：車両走行制御システム
２：演算部
２１：微分回路
２３：フィルタ
３：ＥＣＵ
４：被試験物

Claims (3)

1. ＥＣＵが、アイドリング運転、加速運転、定速運転、減速運転を構成要素とする車両運転モードを制御する車両に対して、前記構成要素を時系列に従って適宜組合せた走行テストパターンを予め設定し、設定された走行テストパターンに従って、前記車両が走行するように、制御信号を創生する車両走行制御システムであって、
   前記走行テストパターンの速度−時間データを時間微分して、前記各構成要素の加速度−時間データに変換する微分回路と、前記加速度−時間データの高域遮断又は低域通過処理を行なうフィルタとを有し、前記制御信号を創生する演算部を備え、
   前記車両を前記設定された走行テストパターンの許容値内に制御する
   ことを特徴とする車両走行制御システム。
   
2. ＥＣＵが、アイドリング運転、加速運転、定速運転、減速運転を構成要素とする車両運転モードを制御する車両に対して、前記構成要素を時系列に従って適宜組合せた走行テストパターンを予め設定し、設定された走行テストパターンに従って、前記車両が走行するように制御信号を創生する車両走行制御システムであって、
   前記走行テストパターンの速度−時間データを時分割ディジタル化し、重み付け平滑化による低域通過フィルタと、前記フィルタの処理結果を時間微分して前記各構成要素の加速度−時間データに変換する微分回路とを有し、前記制御信号を創生する演算部を備え、
   前記車両を前記設定された走行テストパターンの許容値内に制御する
   ことを特徴とする車両走行制御システム。
   
3. 前記演算部は、ディジタル信号処理回路によって構成され、
   スプライン補間によって、前記創生する制御信号を時系列的に連続データとする補正を行なう
   ことを特徴とする請求項２に記載の車両走行制御システム。
   

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