JP3697904B2 - 車間距離制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車速フィードバック制御により先行車との車間距離を一定に保つ車間距離制御装置に関し、特に、極低車速域における車両の停止制御を改善するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両が停止するまで車速フィードバック制御により先行車との車間距離を一定に保つ車間距離制御装置が知られている（例えば、特開平９−１８３３２０号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車速フィードバック制御には、通常、図１２に示すような車速センサー１１が用いられる。この車速センサー１１は電磁発電式であり、例えば車両の変速機の出力軸ギア１２に対向して設置される。車両の走行にともなって変速機の出力ギア１２が回転すると、車速センサー１１にギア１２の凸部が対向するたびに、車速センサー１１の永久磁石１１ａに巻き付けたコイル１１ｂに電磁誘導による起電力が発生する。この起電力の大きさと周波数はギア１２の凸部が車速センサー１１を通過する速度に比例するから、車速が低くなってギア１２の回転速度が低下すると、起電力が小さくなるとともに周波数が低くなる。つまり、極低車速になると、図１３に示すように、車速の検出周期が長くなって実車速の検出に遅れが発生する。
【０００４】
したがって、従来の車間距離制御装置では、上述した極低車速域における車速センサーの検出遅れのために、車速フィードバック制御によって車両を停止させることが困難になるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、車間距離制御の極低車速域における停止制御の信頼性を向上させることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１） 発明の第１の実施の形態の構成を示す図１に対応づけて請求項１の発明と説明すると、請求項１の発明は、先行車との車間距離を検出する車間距離検出手段１と、車間距離検出値Ｌを目標車間距離に一致させるための目標車速Ｖsprを演算する車間距離制御手段３３と、車速を検出する車速検出手段２と、車速検出値Ｖspを目標車速Ｖsprに一致させるための車両の目標制駆動力を演算する車速制御手段３４と、目標制駆動力の演算手法とは異なる演算手法で設定され、当該目標制駆動力よりも大きな停止制動力であって、先行車との車間距離を確保しながら車両を停止させるために必要な大きさの停止制動力を演算する停止制御手段３６と、目標制駆動力と前記停止制動力とを切り換える制駆動力切換手段３５、３７と、制駆動力切換手段３５、３７により選択された目標制駆動力または停止制動力にしたがって車両の制駆動力を制御する制駆動力制御手段３８とを備え、制駆動力切換手段３５、３７によって、目標制駆動力にしたがって車両が減速しているときに、目標車速Ｖsprが所定の停止制御開始車速以下になったら目標制駆動力による制動から停止制動力による制動に切り換えて車両を停止させる。
（２） 発明の第２の実施の形態の構成を示す図８に対応づけて請求項２の発明を説明すると、請求項２の発明は、先行車との車間距離を検出する車間距離検出手段１と、車間距離検出値Ｌを目標車間距離に一致させるための目標車速Ｖsprを演算する車間距離制御手段３３と、車速を検出する車速検出手段２と、車速検出値Ｖspを目標車速Ｖsprに一致させるための車両の目標制駆動力を演算する車速制御手段３４と、目標制駆動力の演算手法とは異なる演算手法で設定され、当該目標制駆動力よりも大きな停止制動力であって、先行車との車間距離を確保しながら車両を停止させるために必要な大きさの停止制動力を演算する停止制御手段３６と、目標車速から実車速までの車速制御系の数式化モデルを用いて目標車速Ｖsprに対する車速応答値を演算する車速演算手段３９と、目標制駆動力と停止制動力とを切り換える制駆動力切換手段３５Ａ、３７と、制駆動力切換手段３５Ａ、３７により選択された目標制駆動力または停止制動力にしたがって車両の制駆動力を制御する制駆動力制御手段３８とを備え、制駆動力切換手段によって、目標制駆動力にしたがって車両が減速しているときに、車速応答値が所定の停止制御開始車速以下になったら目標制駆動力による制動から停止制動力による制動に切り換えて車両を停止させる。
【０００７】
上述した課題を解決するための手段の項では、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定されるものではない。
【０００８】
【発明の効果】
（１） 請求項１の発明によれば、車速の検出に時間がかかり車速制御に応答遅れが発生するような極低車速域でも、先行車との車間距離を確保しながら車両を確実に停止させることができ、車間距離制御の極低車速域における停止制御の信頼性を向上させることができる。
（２） 請求項２の発明によれば、上記請求項１の効果に加え、検出不可車速近傍の極低い車速まで車間距離制御と車速制御を継続することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
《発明の第１の実施の形態》
図１は第１の実施の形態の構成を示す図である。
車間距離センサー１は、レーザーレーダーなどにより先行車との車間距離Ｌを検出する。車速センサー２は、変速機の出力ギアなどに設置され、車速に応じた周期の車速パルスを出力する。コントローラー３は、マイクロコンピューターとその周辺部品から構成され、車間距離と車速の制御演算を行ってスロットルバルブ開度指令値とブレーキ液圧指令値を出力する。スロットルアクチュエーター４はスロットルバルブ開度指令値にしたがってスロットルバルブ（不図示）の開度を調節し、ブレーキアクチュエーター５はブレーキ液圧指令値にしたがってブレーキ液圧を調節する。
【００１０】
コントローラー３は、マイクロコンピューターのソフトウエア形態により相対速度演算部３１、先行車速度演算部３２、車間距離制御部３３、車速制御部３４、停止制御作動判断部３５、停止制御部３６、目標駆動力選択部３７および制駆動力制御部３８を備えている。
【００１１】
相対速度演算部３１は、車間距離センサー１による車間距離検出値Ｌを微分して先行車との相対速度dＬ/dtを演算する。なお、車間距離検出値Ｌの差分を演算して相対速度としてもよい。先行車速度演算部３２は、車速センサー２による車速検出値Ｖspと相対速度dＬ/dtの和により先行車速度Ｖspfを演算する。
【数１】
Ｖspf＝Ｖsp＋dＬ/dt
【００１２】
車間距離制御部３３は、車速制御系が、目標車速Ｖsprに対する実車速（車速検出値Ｖsp）の応答が時定数τvの一次遅れで近似できる系であるとすると、例えば図２に示すような構成とすることができる。この車間距離制御部３３では、車間距離検出値Ｌを目標車間距離Ｌrに一致させるための目標車速Ｖsprを、車間距離検出値Ｌと相対速度dＬ/dtと先行車速度Ｖspfとに基づいて次式により求める。
【数２】
Ｖspr＝−ＫL・（Ｌr−Ｌ）−Ｋv・dＬ/dt＋Ｖspf
数式２において、ＫL、Ｋvは制御ゲインである。また、目標車間距離Ｌrは例えば車速検出値Ｖspの関数として次式により設定する。
【数３】
Ｌr＝Ｌt・Ｖsp
数式３において、Ｌtは定数である。
【００１３】
目標車間距離Ｌrから車間距離検出値Ｌまでの伝達特性は次式のようになる。
【数４】

数式４から明らかなように、制御ゲインＫL、Ｋvに最適な値を設定することによって、車間距離制御系における目標車間距離Ｌrに対する実車間距離（車間距離検出値Ｌ）の応答特性を所望の応答にすることができる。
【００１４】
車速制御部３４は、駆動軸トルク制御系の伝達遅れを無視できるとすると、車間距離制御部３３で演算した目標車速Ｖsprに実車速Ｖspを一致させるために、例えば図３に示すような構成とすることができる。図３において、走行抵抗推定部は、目標駆動軸トルクＴwrと車速検出値Ｖspとに基づいて次式により走行抵抗Ｔdhを推定する。
【数５】
Ｔdh＝Ｈ（ｓ）・Ｍv・ｓ・Ｖsp−Ｈ（ｓ）・Ｔwr
数式５において、Ｍvは車両の質量、Ｈ（ｓ）はゲイン１のローパスフィルターである。
【００１５】
車速制御部３４は、走行抵抗推定値Ｔdhにより実車速Ｖspを目標値Ｖsprに一致させるための目標制駆動力すなわち目標駆動軸トルクＴwrを演算し、道路勾配、空気抵抗、転がり抵抗などの影響を排除する。
【数６】
Ｔwr＝Ｋsp・（Ｖspr−Ｖsp）−Ｔdh
数式６において、Ｋspは制御ゲインである。この走行抵抗補正によって制御系への外乱の影響が排除されたとすると、目標車速Ｖsprから実車速Ｖspまでの伝達特性は次式で表される。
【数７】

数式７から明らかなように、制御ゲインＫspに最適な値を設定することによって、車速制御系における目標車速Ｖsprに対する実車速Ｖspの応答特性を所望の応答にすることができる。
【００１６】
停止制御作動判断部３５は、車間距離制御部３３の目標車速Ｖsprが所定値以下になると、車間距離制御部３３および車速制御部３４による制駆動力制御に代えて、停止制御部３６による停止制御の作動を決定する。停止制御部３６は、停止制御への切り換え時に車速制御部３４の目標制駆動力に所定値を加算した値を目標制動力として出力する。つまり、極低速域では、車速制御部３４の目標制駆動力よりも大きな制動力を発生することによって車両を停止させる。目標制駆動力選択部３７は、停止制御作動判断部３５の判断結果にしたがって、車速制御部３４からの目標制駆動力（目標駆動軸トルクＴwr）と停止制御部３６の目標制動力（目標駆動軸トルクＴwr）の内のいずれかを選択する。
【００１７】
制駆動力制御部３８は、図５に示すように、車間距離制御および車速制御による目標制駆動力、または停止制御による目標制動力に応じたスロットルバルブ開度指令値とブレーキ液圧指令値を演算する。制御系を簡略化するためにトルクコンバーターのトルク増幅率を無視すると、駆動軸トルク指令値Ｔwrに対してエンジントルク指令値Ｔengは次式で表される。
【数８】
Ｔeng＝Ｔwr／（Ｋdef・Ｋat）
数式８において、Ｋdefはデファレンシャルギア比、Ｋatはトランスミッションの変速比である。次に、このエンジントルク指令値Ｔengとエンジン回転数に基づいて、図４に示すエンジン非線形特性マップによりスロットルバルブ開度指令値Ｔhcmdを求める。
【００１８】
一方、ブレーキはスロットルバルブ開度が０のときに作動させるものとすれば、ブレーキによる駆動軸トルクＴwrcは、目標駆動軸トルクＴwrからエンジンブレーキによる駆動軸トルクＴebを差し引く必要があるから、
【数９】
Ｔwrc＝Ｔwr−Ｔeb
ここで、エンジンブレーキによる駆動軸トルクＴebは次式により求められる。
【数１０】
Ｔeb＝Ｋdef・Ｋat・Ｔeng0
数式１０において、Ｔeng0はスロットルバルブ開度が０のときのエンジントルクである。
【００１９】
ブレーキシリンダーの面積をＳb、ブレーキローターの半径をＲb、ブレーキパッドの摩擦係数をμbとし、マスターシリンダーの液圧が４輪に等しく分配されると仮定すると、ブレーキによる駆動軸トルクＴwrcに対してブレーキ液圧指令値Ｐbrは次式で表される。
【数１１】
Ｐbr＝−Ｔwrc／（４・２・Ｓb・Ｒb・μb）
【００２０】
図６は車間距離制御を示すフローチャートである。このフローチャートにより、第１の実施の形態の動作を説明する。
ステップ１において車間距離センサー１から車間距離検出値Ｌを読み込み、続くステップ２で車間距離検出値Ｌを微分して先行車との相対速度dＬ/dtを演算する（相対速度演算部３１）。ステップ３では車速センサー２から車速検出値Ｖspを読み込み、続くステップ４で相対速度dＬ/dtと車速検出値Ｖspに基づいて先行車速度Ｖspfを演算する（先行車速度演算部３２）。
【００２１】
ステップ５において、車間距離検出値Ｌを目標値Ｌrに一致させるための車間距離制御の目標車速Ｖsprを演算し（車間距離制御部３３）、続くステップ６で、車間距離制御の目標車速Ｖsprが所定値以下か否かを判定する（停止制御作動判断部３５）。目標車速Ｖsprが所定値より大きいときはステップ７へ進み、車間距離制御および車速制御の目標制駆動力にしたがってスロットルアクチュエーター４とブレーキアクチュエーター５を制御する（目標制駆動力選択部３７）。すなわち、ステップ７で、実車速Ｖspを目標値Ｖsprに一致させるための制駆動力を演算し（車速制御部３４）、続くステップ８で、演算した車間距離制御および車速制御の制駆動力を制駆動力制御の目標値に設定する（目標制駆動力選択部３７）。一方、目標車速Ｖsprが所定値以下のときはステップ９へ進み、停止制御の目標制動力を制駆動力制御の目標値に設定する（目標制駆動力選択部３７）。
【００２２】
ステップ１０では、車間距離制御および車速制御の目標制駆動力、または停止制御の目標制動力に応じたスロットルバルブ開度指令値Ｔhcmdまたはブレーキ液圧指令値Ｐbrを演算する（制駆動力制御部３８）。そして、ステップ１１で、スロットルバルブ開度指令値Ｔhcmdをスロットルアクチュエーター４へ出力し、スロットルバルブ開度が指令値Ｔhcmdと一致するようにスロットルバルブの開度を調節する。一方、ブレーキ液圧指令値をブレーキアクチュエーター５へ出力し、ブレーキ液圧が指令値Ｐbrに一致するようにブレーキ液圧を調節する。
【００２３】
図７は第１の実施の形態による制御結果を示すタイムチャートであり、車間距離検出値Ｌ（実線）と目標車間距離Ｌr（破線）［ｍ］、車間距離誤差ΔＬ（＝Ｌr−Ｌ）［ｍ］、車速検出値Ｖsp（実線）と目標車速Ｖspr（破線）［km/h］、目標駆動軸トルクＴwr［Ｎ・ｍ］の変化を示す。
目標車速Ｖsprが所定値より大きい間は、車間距離制御および車速制御による目標制駆動力（目標駆動軸トルクＴwr）にしたがって車間距離を保ちながら減速が行われている。時刻ｔ１で目標車速Ｖsprが所定値以下になると、車間距離制御および車速制御による目標制駆動力に代えて、停止制御の目標制動力（目標駆動軸トルクＴwr）により車両を減速する。
【００２４】
このように、目標車速Ｖsprが所定値以下になると、車間距離制御および車速制御による制動を行わず、別個に設定した目標制動力にしたがって車両を制動するようにしたので、車速の検出に時間がかかり車速制御に応答遅れが発生するような極低車速域でも、先行車との車間距離を確保しならが車両を確実に停止させることができる。
【００２５】
《発明の第２の実施の形態》
図８は第２の実施の形態の構成を示す図である。なお、図１に示す機器および制御ブロックと同様な機器および制御ブロックに対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。
車速制御応答モデル演算部３９は、例えば数式７に示すような目標車速Ｖsprから実車速Ｖspまでの車速制御系の数式化モデルを設定し、車間距離制御部３３で演算された目標車速Ｖsprに対する車速応答値Ｖsp’を演算する。停止制御作動判断部３５Ａは、車速制御応答モデル演算部３９で演算された車速応答値Ｖsp’が所定値以下になったら、車間距離制御と車速制御による目標制駆動力から停止制御の目標制動力に切り換える。
【００２６】
図９は、第２の実施の形態の車間距離制御を示すフローチャートである。なお、図６に示す処理と同様な処理を行うステップに対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。
ステップ２１において、車速制御系の数式化モデルを用いて目標車速Ｖsprに対する車速応答値Ｖsp’を演算し、続くステップ２２で、車速応答値Ｖsp’が所定値以下か否かを判定する。車速応答値Ｖsp’が所定値より大きいときはステップ７へ進み、車間距離制御および車速制御の目標制駆動力にしたがってスロットルアクチュエーター４とブレーキアクチュエーター５を制御する。一方、車速応答値Ｖsp’が所定値以下のときはステップ９へ進み、停止制御の目標制動力にしたがってスロットルアクチュエーター４とブレーキアクチュエーター５を制御する。
【００２７】
図１０は、第２の実施の形態による制御結果を示すタイムチャートであり、車間距離検出値Ｌ（実線）と目標車間距離Ｌr（破線）［ｍ］、車間距離誤差ΔＬ（＝Ｌr−Ｌ）［ｍ］、車速検出値Ｖsp（実線）と目標車速Ｖspr（破線）［km/h］、目標駆動軸トルクＴwr［Ｎ・ｍ］の変化を示す。
車速制御系の数式化モデルを用いて演算した目標車速Ｖsprに対する車速応答値Ｖsp’が所定値より大きい間は、車間距離制御および車速制御による目標制駆動力（駆動軸トルクＴwr）にしたがって車間距離を保ちながら減速が行われている。時刻ｔ１で車速応答値Ｖsp’が所定値以下になると、車間距離制御および車速制御による目標制駆動力に代えて、停止制御の目標制動力により車両を減速する。
【００２８】
このように、車速制御系の数式化モデルを用いて目標車速Ｖsprに対する車速応答値Ｖsp’を演算し、車速応答値Ｖsp’が所定値以下になると、車間距離制御および車速制御による制動を行わず、別個に設定した目標制動力にしたがって車両を制動するようにしたので、車速の検出に時間がかかり車速制御に応答遅れが発生するような極低車速域でも、先行車との車間距離を確保しならが車両を確実に停止させることができる。
【００２９】
図１１は、第１の実施の形態による制御結果と第２の実施の形態による制御結果とを比較したものである。
図１３により説明したように、極低車速域では車速センサー２の検出遅れのために目標車速Ｖsprに対する実車速Ｖspの応答が遅れる。第１の実施の形態では、目標車速Ｖsprが所定値Ｖstp1以下になると、車間距離制御と車速制御による制動から停止制御による制動に切り換える。一方、第２の実施の形態では、車速制御系の数式化モデルにより演算した車速応答値Ｖsp’が所定値Ｖstp2以下になると、車間距離制御と車速制御による制動から停止制御による制動に切り換える。車速制御系の数式化モデルにより演算した車速応答値Ｖsp’は実車速Ｖspにほぼ等しいので、第２の実施の形態では、所定値Ｖstp2をＶstp1よりも低い検出不可車速近傍の値に設定することができ、低い車速まで車間距離制御と車速制御を継続することができる。
【００３０】
以上の一実施の形態の構成において、車間距離センサー１が車間距離検出手段を、車間距離制御部３３が車間距離制御手段を、車速センサー２が車速検出手段を、車速制御部３４が車速制御手段を、制駆動力制御部３８が制駆動力制御手段を、停止制御部３６が停止制御手段を、停止制御作動判断部３５，３５Ａおよび目標制駆動力選択部３７が制駆動力切換手段を、車速制御応答モデル演算部３９が車速演算手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】 車間距離制御系の構成を示す図である。
【図３】 車速制御系の構成を示す図である。
【図４】 エンジン非線形特性マップを示す図である。
【図５】 制駆動力制御系の構成を示す図である。
【図６】 第１の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図７】 第１の実施の形態の制御結果を示すタイムチャートである。
【図８】 第２の実施の形態の構成を示す図である。
【図９】 第２の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図１０】 第２の実施の形態の制御結果を示すタイムチャートである。
【図１１】 第１の実施の形態と第２の実施の形態の制御結果の違いを説明する図である。
【図１２】 車速センサーの構成を示す図である。
【図１３】 極低車速域における車速の検出遅れを示す図である。
【符号の説明】
１ 車間距離センサー
２ 車速センサー
３，３Ａ コントローラー
４ スロットルアクチュエーター
５ ブレーキアクチュエーター
３１ 相対速度演算部
３２ 先行車速度演算部
３３ 車間距離制御部
３４ 車速制御部
３５，３５Ａ 停止制御作動判断部
３６ 停止制御部
３７ 目標制駆動力選択部
３８ 制駆動力制御部
３９ 車速制御応答モデル演算部

Claims (2)

1. 先行車との車間距離を検出する車間距離検出手段と、
   前記車間距離検出値を目標車間距離に一致させるための目標車速を演算する車間距離制御手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   前記車速検出値を前記目標車速に一致させるための車両の目標制駆動力を演算する車速制御手段と、
   前記目標制駆動力の演算手法とは異なる演算手法で設定され、当該目標制駆動力よりも大きな停止制動力であって、前記先行車との車間距離を確保しながら車両を停止させるために必要な大きさの停止制動力を演算する停止制御手段と、
   前記目標制駆動力と前記停止制動力とを切り換える制駆動力切換手段と、
   前記制駆動力切換手段により選択された前記目標制駆動力または前記停止制動力にしたがって車両の制駆動力を制御する制駆動力制御手段とを備え、
   前記制駆動力切換手段は、前記目標制駆動力にしたがって車両が減速しているときに、前記目標車速が所定の停止制御開始車速以下になったら前記目標制駆動力による制動から前記停止制動力による制動に切り換えて車両を停止させることを特徴とする車間距離制御装置。
2. 先行車との車間距離を検出する車間距離検出手段と、
   前記車間距離検出値を目標車間距離に一致させるための目標車速を演算する車間距離制御手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   前記車速検出値を前記目標車速に一致させるための車両の目標制駆動力を演算する車速制御手段と、
   前記目標制駆動力の演算手法とは異なる演算手法で設定され、当該目標制駆動力よりも大きな停止制動力であって、前記先行車との車間距離を確保しながら車両を停止させるために必要な大きさの停止制動力を演算する停止制御手段と、
   目標車速から実車速までの車速制御系の数式化モデルを用いて前記目標車速に対する車速応答値を演算する車速演算手段と、
   前記目標制駆動力と前記停止制動力とを切り換える制駆動力切換手段と、
   前記制駆動力切換手段により選択された前記目標制駆動力または前記停止制動力にしたがって車両の制駆動力を制御する制駆動力制御手段とを備え、
   前記制駆動力切換手段は、前記目標制駆動力にしたがって車両が減速しているときに、前記車速応答値が所定の停止制御開始車速以下になったら前記目標制駆動力による制動から前記停止制動力による制動に切り換えて車両を停止させることを特徴とする車間距離制御装置。

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