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JPH0645311B2 - 車速制御装置 - Google Patents

車速制御装置

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Publication number
JPH0645311B2
JPH0645311B2 JP60031906A JP3190685A JPH0645311B2 JP H0645311 B2 JPH0645311 B2 JP H0645311B2 JP 60031906 A JP60031906 A JP 60031906A JP 3190685 A JP3190685 A JP 3190685A JP H0645311 B2 JPH0645311 B2 JP H0645311B2
Authority
JP
Japan
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intake air
vehicle speed
control
air amount
amount
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP60031906A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS61191435A (ja
Inventor
栄一 亀井
秀彰 難波
Original Assignee
日本電装株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電装株式会社 filed Critical 日本電装株式会社
Priority to JP60031906A priority Critical patent/JPH0645311B2/ja
Priority to DE3605117A priority patent/DE3605117C2/de
Publication of JPS61191435A publication Critical patent/JPS61191435A/ja
Priority to US07/183,378 priority patent/US4840245A/en
Publication of JPH0645311B2 publication Critical patent/JPH0645311B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
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  • Controls For Constant Speed Travelling (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は車両の走行速度を制御する装置であって、特
に、内燃期間とその動力伝達機構とを含む制御対象に関
する系の動的なモデル（ダイナミックモデル）に基づい
て車両の走行速度を最小に燃料噴射量で定速走行車速に
維持するようにした車速制御装置に関する。
［従来の技術］ 周知の如く、自動車など車両を低速走行させるための制
御装置つまりオートドライブ制御装置として、例えば実
公昭５９−３３８７４号公報に示されるように、車両の
走行速度を車速検出手段により検出し、この検出値と設
定された定速走行車速との偏差をなくすよう、言い換え
れば、走行速度を定速走行車速に保持するよう、内燃機
関のスロットルバルブの開度を制御するフィードバック
制御による定速走行制御装置がある。
［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上記のような従来の制御装置において、走行
速度が定速走行車速からズレることがなく、たとえズレ
を生ずる場合であってもそのズレが充分に小さく抑えら
れることが望ましい。また、定速走行時に燃費を出来る
限り小さくすることが望ましい。
本発明は上記のような問題点を解決することを目的と
し、いわゆる現代制御理論を取り入れ、定速走行時に走
行速度を燃費が最小となる吸入空気量で定速走行車速に
確実に保つようにすることを目的としている。
［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するための本発明の構成は、第１
図に示すように、 内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、 内燃機関のスロットルバルブの開度を調節するスロット
ルアクチュエータと、 内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段
と、 車両の走行速度を検出する車速検出手段と、 外部からの指令に従い目標車速を設定する目標車速設定
手段と、 車両の走行速度に基づき内燃機関の目標吸入空気量を設
定すると共に、該走行速度が前記目標車速と一致し且つ
該目標車速が定常状態にある場合には、車両の走行速度
を一定としたときの吸入空気量と燃料噴射量との相関パ
ターンに基づき、走行速度を最小の燃料噴射量で目標車
速に維持するための吸入空気量を求め、該吸入空気量を
目標吸入空気量として設定する目標吸入空気量設定手段
と、 前記検出された走行速度及び吸入空気量がそれぞれ前記
設定された目標車速及び目標吸入空気量となるように、
前記燃料噴射弁及びスロットルアクチュエータの制御量
を算出し、該算出結果に応じて前記燃料噴射弁及びスロ
ットルアクチュエータを駆動する車速制御手段と、 を備え、更に、前記車速制御手段を、 内燃機関及び動力伝達機構を含む車速制御に関する系の
動的モデルに基づき予め設定された演算式を用いて、当
該系の入力量である前記燃料噴射弁及びスロットアクチ
ュエータの制御量と、当該系の出力量である前記吸入空
気量及び走行速度とから、当該系の動的な内部状態を表
わす状態変数量を推定する状態観測部と、 前記制定された目標吸入空気量と前記検出された吸入空
気量との偏差、及び前記設定された目標車速と前記検出
された走行速度との偏差を、それぞれ累積する累積部
と、 前記車速制御に関する系の動的モデルに基づき予め設定
されたフィードバックゲインと、前記状態観測部にて推
定された状態変数量と、前記累積部にて求められた前記
各偏差の累積値とに基づき、前記燃料噴射弁及びスロッ
トルアクチュエータの制御量を決定する制御量決定部
と、 を備えた付加積分型最適レギュレータとして構成してな
ることを特徴としている。
［作用］ 上記のように構成された本発明の車速制御装置において
は、まず目標車速設定手段が、外部からの指令に従い目
標車速を設定し、目標吸入空気量設定手段が、車両の走
行速度に基づき内燃機関の目標吸入空気量を設定する。
また目標吸入空気量設定手段は、車速検出手段にて検出
された車両の走行速度と目標車速とが一致し、且つ目標
車速が定常状態にある場合には、走行速度を一定とした
ときの吸入空気量と燃料噴射量との相関パターンに基づ
き、走行速度を最小の燃料噴射量で目標車速に維持する
ための吸入空気量を求め、これを目標吸入空気量として
設定する。そして、車速制御手段が、走行速度及び吸入
空気量がそれぞれ目標車速及び目標吸入空気量となるよ
うに、燃料噴射弁及びスロットルアクチュエータの制御
量を算出し、この算出結果に応じて燃料噴射弁及びスロ
ットルアクチュエータを駆動する。
また車速制御手段は、付加積分型最適レギュレータとし
て構成されており、状態観測部にて、内燃機関及び動力
伝達機構を含む車速制御に関する系の制御入力量である
燃料噴射弁及びスロットルアクチュエータの制御量と、
同じく制御出力量である吸入空気量及び走行速度とか
ら、車速制御に関する系の動的な内部状態を表わす状態
変数量を推定し、累積部にて、目標吸入空気量と吸入空
気量との偏差及び目標車速と走行速度との偏差をそれぞ
れ累積し、制御量決定部にて、これら状態変数量及び各
偏差の累積値と、予め設定されたフイードバックゲイン
とに基づき、燃料噴射弁及びスロットルアクチュエータ
の制御量を決定する。
すなわち、本発明では、従来の車速制御装置のように、
車両の走行速度と目標車速との偏差と、予め設定したＰ
ＩＤ制御のためのフィードバックゲインとに基づき、ス
ロットルバルブ開度を制御するのではなく、車両の走行
に必要な内燃機関の目標吸入空気量を設定すると共に、
車速制御に関する系の動的な内部状態を状態変数量とし
て推定し、この推定した状態変数量と、目標吸入空気量
と実際の吸入空気量の偏差と、目標車速と車両の走行速
度との偏差と、車速制御に関する系の動的モデルに基づ
き予め設定したフィードバックゲインとに基づき、スロ
ットルバルブの開度及び燃料噴射量を制御し、更に、走
行速度と目標車速とが一致し且つ目標車速が定常状態に
あれば、走行速度を一定としたときの吸入空気量と燃料
噴射量との相関パターンに基づき、走行速度を最小の燃
料噴射量で目標車速に維持するための吸入空気量を求め
て、これを制御量算出用の目標吸入空気量として設定す
る。
［実施例］ 以下、本発明の実施例について説明するが、本発明を適
用した具体的実施例の説明に入る前に、上記のように構
成された本発明の概要について説明する。
まず、目標吸入空気量設定手段は、走行速度と目標車速
とが一致し、且つ目標車速が定常状態にある場合、即
ち、当該装置が車両の定速走行制御を開始して走行速度
を目標車速に制御できている場合には、走行速度を一定
としたときの吸入空気量と燃料噴射量との相関パターン
に基づき、走行速度を最小の燃料噴射量で現在の目標車
速に維持するための吸入空気量を求めて、その値を目標
吸入空気量として設定し、逆に、車速制御の開始直後、
走行道路の傾斜等によって内燃機関に加わる負荷が変化
したとき、或は目標車速が変更されたとき等、走行速度
と目標車速とが一致していない制御の過渡時には、上記
相関パターンに基づき燃料噴射量を最小とする吸入空気
量を求めることができないので、車両の走行速度に基づ
き目標吸入空気量を設定する。
なお、この目標吸入空気量設定手段において、車両の走
行速度を最小の燃料噴射量で目標車速に維持するための
目標吸入空気量は、次のように設定される。
第２図は所定の定速走行車速に対する吸入空気量ＡＲと
燃料供給量ＦＲとの関係を示す定車速線図である。今、
吸入空気量がＡｂ、燃料供給量がＦｂの点ｂで車両が定
速走行しているとすると、ここから吸入空気量をΔＡｏ
だけ増加させ、また燃料供給量をΔＦｏだけ減少させた
図面上の点（Ａａ、Ｆａ）、つまり燃料供給量ＦＲが最
小となる点に対応する運転を行なっても同じ走行速度を
保つことができることがわかる。そこで、目標吸入空気
量設定手段においては、こうした定車速線図に対応した
表すデータを用いて、燃料噴射量が最小となる吸入空気
量を検索し、これを目標吸入空気量として設定するので
ある。
次に、車速制御手段は、内燃機関及び動力伝達機構を含
む車速制御に関する系の動的モデルに基づき予め設定さ
れた演算式及びフィードバックゲインを用いて燃料噴射
弁及びスロットルアクチュエータの制御量を決定する付
加積分型最適レギュレータとして構成されている。
こうした付加積分型最適レギュレータの構成の手法は、
例えば古田勝久著「線形システム制御理論」（昭和５１
年）昭晃堂等に詳しいが、ここで実際の構成の手法につ
いて一通の見通しを与えることにする。尚、以下の説明
において はベクトル量（行列）を示し、 の如き添字Ｔは行列の転置を、 の如き添字-1の如き添字-1は逆行列を、更に の如き添字∧はそれが推定値であることを、 の如き記号−は制御対象の系から変換等により生成され
た別の系、ここでは状態観測器（以下、オブザーバと呼
ぶ）で扱われている量であることを、ｙ＊の如き記号＊
は目標値であることを、各々示している。
制御対象、こでは内燃機関およびその動力伝達機構を主
要部とする系の制御において、この制御対象の動的な振
舞は、 として記述されることが現代制御理論より知られてい
る。ここで式（１）は状態方程式，式（２）は出力方程
式と呼ばれ、 は制御対象Ｍ１の内部状態を表わす状態変数量であり、 は制御対象の制御入力を示す各量からなるベクトル、 は制御対象の制御出力を示す諸量からなるベクトルであ
る。又、式（１），（２）は離散系で記述されており、
添字k は現時点であることを、k-1 は１回前のサンプリ
ング時点であることを、各々示している。制御対象の内
部状態を示す状態変数量 は、その制御系における未来への影響を予測するために
必要十分な系の履歴に関する情報を示している。従っ
て、制御対象に関する系の動的なモデルが明らかにな
り、式（１），（２）のベクトル を定めることができれば、状態変数量 を用いて制御対象を最適に制御できることになる。
ところが、本発明の車速制御装置のように、制御対象が
内燃機関を含み、その挙動が複雑な場合には、その動的
なモデルを理論的に正確に求めることは困難であり、何
らかの形で実験的に定めることが必要となる。これが所
謂システム同定と呼ばれるモデル構築の手法であって、
制御対象が所定の動作をしている場合、その動作状態の
近傍では線形の近似が成立つとして、式（１），（２）
の状態方程式に則ってモデルを構築するのである。な
お、このようにモデルを構築した場合、その動作に関す
る動的なモデルが非線形となるが、定常的な複数の動作
状態に分離することによって線形な近似を行なうことが
でき、個々の動的なモデルを定めることによって広範な
動作域まで拡張することができるのである。
ここで、制御対象が比較的容易に物理的なモデルとして
構築できるものであれば周波数応答法やスペクトル解析
法といった手法によりシステム同定を行なって、動的な
系のモデル（ここではベクトル を定めることができるが、内燃機関のような多元系の制
御対象は、ある程度近似のよい物理モデルをつくること
も困難であり、この場合には最小２乗法や補助変数法あ
るいはオンライン同定法などにより動的なモデルの構築
を行なう。
動的なモデルが定まれば、状態変数量 と制御出力 及びその目標値 からフィードバーク量が定まり制御入力 が理論的に最適に定められる。通常内燃機関と動力伝達
機構を含む系では内燃機関の運転に直接関与する諸量と
して、例えば実際に吸入されている空気量は燃焼の動的
挙動、あるいは燃焼に関与している混合気中の燃料量や
内燃機関の出力トルクといった量を状態変数量 として扱えばよいのであるが、これらの諸量の大部分は
直接観測することが極めて困難である。そこで、本発明
では、車速制御手段内に状態観測部を設け、この状態観
測部にて系の状態変数量 を推定するようにしている。なお、状態観測部は、現代
制御理論におけるオブザーバであり、種々のオブザーバ
とその設計法が知られている。これらは、例えば古田勝
久他著「メカニカルシステム制御」（昭和５９年）オー
ム社等に詳解されているが、本発明の状態観測部として
は、車速制御に関する系の態様に合わせて最小次元オブ
ザーバや有限整定オブザーバとして設計すればよい。車
速制御手段では、こうしたオブザーバとしての状態観測
部により、状態変数量 を推定すると共に、累積部により、目標吸入空気量設定
手段により設定された目標吸入空気量と実際の吸入空気
量との偏差、及び目標車速設定手段により設定された目
標車速と実際の走行速度との偏差を各々累積し、制御量
決定部により、これら各偏差の累積値と、状態変数量
と、予め定められたフィードバックゲインとから燃料噴
射弁及びスロットルアクチュエータの制御量を決定す
る。
ここで、累積部により得られる偏差の累積値は、制御の
過渡時に目標吸入空気量が変化することから必要となる
量である。すなわち、一般にサーボ系の制御において
は、目標値と実際の制御値との定常偏差を消去するよう
な制御が必要となり、これは伝達関数において１／Ｓ
（ｌ次の積分）を含む必要があるとされる。また、既述
したようなシステム同定により系の伝達関数を定め、こ
れから状態方程式をたてているような場合には、対ノイ
ズ安定性の上からもこうした累積値を含むことが望まし
い。
そこで、本発明では、状態観測部にて推定した状態変数
量に、累積部で求めた偏差の累積値を加えることによ
り、制御系を所謂サーボ系に拡大し、制御量決定部にお
いて、これら両者と予め定められたフィードバックゲイ
ンとにより制御量を定めるようにしているのである。な
お、本発明において、累積部は、ｌ＝１、即ち一次型の
積分を考慮すればよい。
次に、制御量決定部にて用いられるフィードバックゲイ
ンについて説明する。上記の如く積分量を付加した最適
レギュレータでは、評価関数Ｊを最小とするような制御
入力の求め方が明らかにされており、最適フィードバッ
クゲインもリカッチ方程式の解と状態方程式（１），出
力方程式（２）の マトリックス及び評価関数に用いられる重みパラメータ
行列とから求めれることがわかつている（前掲書他）。
ここで重みパラメータは当初任意に与えられるものであ
って、評価関数Ｊが内燃機関などの挙動を制約する重み
を変更するものである。重みパラメータを任意に与えて
大型コンピュータによるシミュレーションを行ない、得
られた挙動から重みパラメータを所定量変更してシミュ
レーションを繰返し、最適な値を決定しておくことがで
きる。その結果最適フィードバックゲイン も定められる。
すなわち、本発明の車速制御手段は、予めシステム同定
等により決定された車速制御に関する系の動的モデルを
用いて付加積分型最適レギュレータとして構成され、そ
の内部における状態観測部の演算式や制御量決定部のフ
ィードバックゲイン などは、全て、予め内燃機関および動力伝達機構を用い
たシミュレーションにより決定されているのである。
尚、以上の説明において状態変数量 は内燃機関などの内部状態を表わす量として説明した
が、これは実際の物理量に対応した変数量である必要は
なく、適当な次数のベクトル量として設計することがで
きる。
以上、本発明の概要について説明したが、次に本発明を
実際に適用した実施例の車速制御装置について説明す
る。
まず第３図は、本実施例の車速制御装置における内燃機
関とその周辺装置を表わす要部概略構成図、第４図は制
御対象を制御する系の制御モデルを示す制御系統図、第
５図、第６図はそれぞれシステム同定の説明に用いるブ
ロック線図、第７図は電子制御回路において実行される
制御の一例を示すフローチャート、第８図は燃料消費を
最小とする吸入空気量を求める制御の一例を示すフロー
チャート、第９図は本実施例の効果を説明するグラフで
ある。以下、この順に説明する。
第３図では４気筒４サイクルの内燃機関１のひとつの気
筒を中心に示しているが、吸気系２には上流から図示し
ないエアクリーナ、吸入空気流量ＡＲを測定するエアフ
ロメータ３、吸気温Ｔｈａを検出する吸気温センサ５、
吸入空気量を制御するスロットルバルブ７、サージタン
ク９、電磁式の燃料噴射弁１１等が備えられている。ま
た内燃機関１の排気は排気管１４により図示しない排気
浄化装置，消音器等を介して外部へ排出される。燃料室
（シリンダ）はピストン１５，吸気弁１７，排気弁１
９，点火プラグ２１等から構成されているが、これらの
作動は周知のものなので説明は省略する。
内燃機関１にはこの他に冷却水の温度Ｔｈｗを検出する
冷却水温センサ２９やディストリビュータ２５内に備え
られ、内燃機関１の回転数Ｎに応じた周波数のパルス信
号を出力する回転数センサ３１や、内燃機関１の１回転
（クランク角の７２０゜）に１発のパルス信号を出力す
る気筒判別センサ３３等が備えられている。又、スロッ
トルバルブ７は直流モータを動力源とするスロットルア
クチュエータ３５によってその開度θを制御されてい
る。尚、第３図中、３７はアクセル３８の踏込量Ａｃｃ
を検出するアクセル開度センサである。
以上の構成を有する内燃機関１とその周辺装置におい
て、その内燃噴射量ＦＲやスロットルバルブ開度θ等は
電子制御回路４０によって制御されている。電子制御回
路４０はキースイッチ４１を介してバッテリ４３より電
力の供給をうけて作動しているが、周知のマイクロプロ
セッサ（ＭＰＵ）４４，ＲＯＭ４５，ＲＡＭ４６，バッ
クアップＲＡＭ４７，入力ポート４９，出力ポート５１
等から構成され、上記各素子・ポートは相互にバス５３
により接続されている。
電子制御回路４０の入力ポート４９は、内燃機関１の運
転状態を示す信号を各センサより入力する。具体的に
は、吸入空気流量ＡＲをエアフロメータ３より、吸気温
Ｔｈａを吸気温センサ５より、車両の走行速度に応じた
信号を発生する車速センサ５５により、冷却水温Ｔｈｗ
を冷却水温センサ２９より、内燃機関１の回転数Ｎを回
転数センサ３１より、気筒判別信号を気筒判別センサ３
３より、定速走行が指示されたかどうかを判断するため
にセットスイッチ５６より各々入力する入力部で構成さ
れている。
一方、出力ポート５１は、アクチュエータ３５を介して
スロットルバルブ７の開度θを、燃料噴射弁１１を開・
閉弁して燃料噴射量ＦＲを、その他、イグナイタ２４を
介して点火時期などを、個々に制御する信号を出力す
る。これら電子制御回路４０のＭＰＵ４４による処理に
ついては、点火時期制御などのための処理を除いて、後
に第６図，第７図のフローチャートに拠って詳述する。
次に第４図の機能ブロック図に拠って、電子制御回路４
０による処理について説明し、特にシステム同定による
状態方程式（１），出力方程式（２）等におけるベクト
ル の求め方やこれに基づくオブザーバの求め方、フィード
バックゲイン の求め方について、実際に即して説明する。尚、第４図
は機能をブロックとして表わした図であって、ハード構
成を示すものではない。又、第４図に示す機能は、実際
には第６図のフローチャートに示した一連のプログラム
の実行による離散系として実現されたものである。
第４図において、定速走行車速ＳＰＤ＊はセットスイッ
チ５６がオンからオフに切り替わった時点の車速であ
り、この車速が定速走行車速ＳＰＤ＊設定部Ｐ１に記憶
される。一方、目標吸入空気量ＡＲ＊は定速走行車速Ｓ
ＰＤ＊，実際の検出された走行速度ＳＰＤ，内燃機関１
に噴射された燃料噴射量ＦＲから、後に第８図の説明に
おいて詳述する手法により目標吸入空気量設定部Ｐ２に
より燃料消費量を最小にする値として定められる。積分
器Ｐ３は定速走行車速ＳＰＤ＊と実際の走行速度ＳＰＤ
との偏差ＳＳＰＤを累積して累積値ＺＳＰＤ（ｋ）を求
め、積分器Ｐ４は目標吸入空気量ＡＲ＊と実際の吸入空
気量ＡＲとの偏差ＳＡＲを累積して累積値ＺＡＲ（ｋ）
を求めるものである。
Ｐ５は、吸入空気量ＡＲ，回転数Ｎについて、定常的な
運転状態での各値（ＡＲａ，Ｎａ）からの摂動分を抽出
する摂動分抽出部を示している。これは、既述したよう
に、非線形なシステムに対して線形の近似を行なう為
に、制御対象Ｍ１の状態を、個々の定常的な状態の連続
とみなし、個々の定常近傍について線形な動的モデルを
構築して制御対象Ｍ１に関する広範囲にわたる動的なモ
デルを構築したことによっている。従って、制御対象Ｍ
１の状態の諸量（ＡＲ，ＳＰＤ）を、一旦、最も近い定
常な状態からの摂動分δＡＲ（＝ＡＲ−ＡＲａ），δＳ
ＰＤ（＝ＳＰＤ−ＳＰＤａ）として扱うのである。前記
の積分器Ｐ３，Ｐ４とオブザーバＰ６とフィードバック
量決定部Ｐ７とによって求められる制御対象Ｍ１の制御
入力、即ちスロットル開度θ，燃料噴射量ＦＲに関する
操作量も、摂動分δθ，δＦＲとして扱われている。
オブザーバＰ６は、制御出力の摂動分δＡＲ，δＳＰＤ
と制御入力の摂動分δθ，δＦＲとから制御対象Ｍ１の
内部状態を表現する状態変数量 を推定して状態変数推定量 を求めるものであり、この状態変数推定量 と上述の累積値ＺＳＰＤ（ｋ），ＺＡＲ（ｋ）とに、フ
ィードバック量決定部Ｐ７において、最適フィードバッ
クゲイン を乗算し、操作量（δθ，δＦＲ）を求めるのである。
この操作量の組（δθ，δＦＲ）は摂動分抽出部Ｐ５に
よって選ばれた定常的な状態に対応した制御入力からの
摂動分なので、これに基準設定値加算部Ｐ８によりこの
定常的な状態に対応した基準設定値θａ，ＦＲａを加え
て、制御対象Ｍ１に対する制御入力の諸量、θＦＲを定
めるのである。
以上、簡単にこの制御系の構成について説明したが、こ
うした制御出力（ＡＲ，ＳＰＤ）及び制御入力（θ，Ｆ
Ｒ）を実施例として取上げたのは、これらの諸量が制御
対象Ｍ１の出力に関与する基本的な量であることによっ
ている。従って、本実施例では制御対象Ｍ１を２入力２
出力の多元系としてとらえた。制御対象Ｍ１の出力に関
与する量としては、この他にも、例えば点火時期や排ガ
ス還流量なども考えられ、必要に応じてそれらを加味し
てシステムのモデルをたてればよいが、ここでは、制御
対象Ｍ１の動的なモデルの構築には上記の２入力２出力
のモデルを用い、系の動的な振舞を変化させるものとし
て、他に内燃機関１の冷却水温Ｔｈｗや吸気温Ｔｈａを
用いるが、内燃機関１の冷却水温Ｔｈｗ等は制御対象Ｍ
１の制御系の構成を変えるものではなく、その動的な振
舞の様子を変化させるにすぎない。従って、制御対象Ｍ
１の制御系についてこの動的なモデルを構築する際、状
態方程式（１），出力方程式（２）のベクトル が内燃機関１の冷却水温Ｔｈｗ等に応じて定められるこ
とになる。
以上、制御対象Ｍ１のハード的な構成と制御対象Ｍ１の
出力の制御を行なうものとして２入力２出力の系を取り
上げた場合の制御系の構成について説明した。そこで、
次に実際のシステム同定による動的モデルの構築，オブ
ザーバＰ６の設計、最適フィードバックゲイン の与え方について説明する。
まず制御対象Ｍ１の動的なモデルを構築する。第５図は
２入力２出力の系として定常状態にある制御対象Ｍ１の
系を伝達関数Ｇ１（ｚ）〜Ｇ４（ｚ）により書き表わし
た図である。尚、ｚは入出力信号のサンプル値のｚ変換
を示し、Ｇ１（ｚ）〜Ｇ４（ｚ）は適当な次数をもつも
のとする。従って、全体の伝達関数行列 は、 で表される。
本実施例の制御対象Ｍ１のように、その制御系が２入力
２出力の系であり、入出力の諸量に干渉が存在するよう
な場合には、物理的なモデルを定めることが極めて困難
となる。このような場合には、システム同定と呼ばれる
一種のシミュレーションにより伝達関数を求めることが
できる。
システム同定の手法は、例えば相良節夫他著、「システ
ム同定」（昭和５６年）社団法人計測自動制御学会等に
詳解されているが、ここでは最小２乗法により同定す
る。
制御対象Ｍ１を所定の状態で運転し、スロットル開度の
変化分δθを零として、燃料供給量の変化分δＦＲとし
ての適当な試験信号を加え、その時の入力δＦＲと出力
である走行速度の変化分δＳＰＤのデータをＮ回に亘っ
てサンプリングする。これを入力のデータ系列｛ｕ
（ｉ）｝＝｛δＦＲｉ｝，出力のデータ系列｛ｙ
（ｉ）｝＝｛δＳＰＤｉ｝（但し、ｉ＝１，２，３，…
Ｎ）と表わす。この時、系は１入力１出力とみなすこと
ができ、系の伝達関数Ｇ１（ｚ）は、 Ｇ１（ｚ）＝Ｂ（ｚ -1 ）／Ａ（ｚ -1 ）…（３） 即ち、 Ｇ１（ｚ） ＝（ｂ０＋ｂ１・ｚ-1＋…＋ｂｎ・ｚ-n）／ （１＋ａ１・ｚ-1＋ａ２・ｚ-2＋…＋ａｎ・ｚ-n） …（４） で求められる。尚、ここで、ｚ-1は単位推移演算子であ
って、ｚ-1・ｘ（ｋ）＝ｘ（ｋ−１）を意味している。
入出力のデータ系列｛ｕ（ｉ）｝，｛ｙ（ｉ）｝から式
（４）のパラメータａ１〜ａｎ，ｂ０〜ｂｎを定めれば
系の伝達関数Ｇ１（ｚ）が求められる。最小２乗法によ
るシステム同定では、このパラメータａ１〜ａｎ，ｂ０
〜ｂｎを Ｊ０＝Σ［｛ｙ（ｋ）＋ａ１・ｙ（ｋ−１）＋… ＋ａｎ・ｙ（ｋ−ｎ）｝−｛ｂ０・ｕ（ｋ） ＋ｂ１・ｕ（ｋ−１）×… ＋ｂｎ・ｕ（ｋ−ｎ）｝］ …（５） が最小となるよう定める。本実施例ではｎ＝２として、
各パラメータを求めた。この場合、系のシグナルフロー
線図は第６図のようになり、状態変数量として［ｘ１
（ｋ） ｘ２（ｋ）］Ｔをとって、その状態・出力方程
式は、 と表わせられる。従って、１入力１出力の系とみなした
場合のシステムパラメータ を各々 とすれば、 となる。
本実施例ではＧ１（ｚ）についてのパラメータとして、 ［ａ１ ａ２］＝［-1.91 0.923 ］ ［ｂ０ ｂ１ ｂ２］ ＝［ 0 4.86×10-3 4.73×10-3 ］ を得た。同様の手法により、伝達関数Ｇ２（ｚ）ないし
Ｇ４（ｚ）及び各々についてのシステムパラメータ ないし ないし ないし が求められる。そこでこれらのシステムパラメータから
元の２入力２出力の多元系のシステムパラメータ、即ち
状態方程式（１），出力方程式（２）のベクトル を定めることができる。
こうして本実施例の動的なモデルがシステム同定により
求められたが、この動的なモデルは、制御対象Ｍ１が所
定の状態で運転されている時、この状態の近傍では線形
の近似が成立つという形で定められる。従って、定常的
な複数の運転状態に関して、上記の手法で伝達関数Ｇ１
（ｚ）ないしＧ４（ｚ）が各々求められ、各々の状態方
程式（１），出力方程式（２）におけるベクトル が求められ、その入出力の関係は摂動分δの間に成立す
ることになる。
次にオブザーバＰ６の設計方法について説明する。オブ
ザーバの設計にはゴピナスの設計法などがあって、古田
勝久・佐野昭共著「基礎システム理論」（昭和５３年）
コロナ社等々に詳しいが、本実施例では有限整定オブザ
ーバとして設計する。
オブザーバＰ６は制御対象Ｍ１の制御出力の諸量の摂動
分（δＡＲ，δＳＰＤ）と制御入力の諸量の摂動分（δ
θ，δＦＲ）とから制御対象Ｍ１の内部の状態変数量 を推定するものであるが、オブザーバＰ６によって求め
られた状態変数推定量 を、制御対象Ｍ１の制御において、実際の状態変数量 として扱うことができるという根拠は次の点にある。
今、オブザーバＰ６の出力 を次式（９）のように構成したとする。
式（９）において は任意に与えられる行列である。式（１），（２），
（９）より変形すると、 を得る。従って なる行列の固有値が単位円内にある様に行列 を選択すればｋ→∞で となり、制御対象Ｍ１の内部の状態変数量 を入力制御ベクトル 出力制御ベクトル の過去からの系列 を用いて正しく推定することができる。
今、最小２乗法によってシステム同定され定められた状
態方程式（１），出力方程式（２）のベクトル はこの系が可観測であることから、正則な行列 を用いた新たな状態変数量 を考えて、次の可観測正準形に相似変換することができ
る。
ここで であり、正則な を適当に選んで、 とするとができる。そこで、式（１０）の 行列を とおいて、式（１３），（１４），（１５）より、 となり、有限整定オブザーバを設計することができた。
ここで は を相似変換をしたものであるが、この操作によっても状
態方程式による制御の正しさは保証されている。
以上、システム同定により求めた状態方程式（１）等の
ベクトル よりオブザーバＰ６を設計したが、以後、このオブザー
バの出力を改めて と表わすことにする。
次に最適フィードバックゲイン の求め方について説明するが、最適フィードバックゲイ
ン を求める手法は、例えば「線形システム制御理論」（前
掲書）等に詳しいので、ここでは詳解は略して結果のみ
を示しておく。
制御入力の諸量 と制御出力の諸量 とについて、 とし、次の評価関数Ｊを最小にする最適制御入力 を求めることが制御対象Ｍ１に関する付加積分型最適レ
ギュレータとしての制御問題を解くことになる。
尚、ここで は重みパラメータ行列を、ｋは制御開始点を０とするサ
ンプル回数を、各々示しており、式（１９）右辺は を対角行列とする所謂２次形式表現である。
この時、最適なフィードバックゲイン は として求められる。尚、式（２０）における は各々、 であり、 はリカッチ方程式 の解である。尚、ここで式（１９）の評価関数Ｊの意味
は制御対象Ｍ１に対する制御入力の諸量 の動きを制約しつつ、制御出力の諸量 ここでは吸入空気量δＡＲ，走行速度δＳＰＤを含む諸
量 の目標値 からの偏差を最小にしようと意図したものである。制御
入力の諸量 に対する制約の重み付けは、重みパラメータ行列 の値によって変更することができる。従って、すでに求
めておいた制御対象Ｍ１の動的なモデル、即ち行列 を用い、任意の重みパラメータ行列 を選択して式（２３）を解いて を求め、式（２０）により最適フィードバックゲイン を求めれば、状態変数量 は状態推定量 として式（９）より求められるので、 により制御対象Ｍ１の制御入力の諸量 を求めることができる。重みパラメータ行列 を変えて最適な制御特性が得られるまで以上のシミュレ
ーションを繰返すことによって、最適フィードバックゲ
イン が求められた。
以上、最小２乗法によるシステム同定により制御対象Ｍ
１の制御系の動的モデルの構築、有限整定オブザーバの
設計、最適フィードバックゲイン の算出について説明したが、これらは予め求めておき、
電子制御回路４０の内部ではその結果のみを用いて実際
の制御を行なうのである。
そこで、次に、第７図のフローチャートに拠って電子制
御回路４０が実際に行なう制御について説明する。尚、
以下の説明では現実の処理において扱われている量を添
字（ｋ）付で、前回に扱われた量を添字（ｋ−１）付で
表わすことにする。
ＭＰＵ４４はセットスイッチ５６により定速走行が指示
された後、ステップ１００以下の処理を繰返し行なう。
まずステップ１００では、制御対象Ｍ１の出力状態、即
ち吸入空気流量ＡＲ（ｋ−１），走行速度ＳＰＤ（ｋ−
１）等を各センサより読み込む処理を行なう。
続くステップ１１０では、セットスイッチ５６がオフし
たときＲＡＭ４６に記憶された定速走行車速ＳＰＤ＊を
読み出し、ステップ１２０では内燃機関１の目標吸入空
気量ＡＲ＊を算出する。目標吸入空気量ＡＲ＊は、内燃
機関１の燃料消費量を最小にすべく定められるものであ
って、その算出は第８図に拠って後述する制御により行
なわれる。これらの処理が第４図Ｐ１，Ｐ２の各設定部
に相当する。
ステップ１３０では、この定速走行車速ＳＰＤ＊と実際
に検出された走行速度ＳＰＤ（ｋ−１）の偏差をＳＳＰ
Ｄ（ｋ−１）を、また、この目標吸入空気量ＡＲ＊と実
際の吸入空気量ＡＲ（ｋ−１）との偏差ＳＡＲ（ｋ−
１）を、各々求める処理が行なわれる。続くステップ１
４０では、ステップ１３０で求めた各偏差を累積する処
理、即ち ＺＳＰＤ（ｋ）＝ＺＳＰＤ（ｋ−１）＋ＳＳＰＤ（ｋ−
１）により累積値ＺＳＰＤ（ｋ）を、一方ＺＡＲ（ｋ）
＝ＺＡＲ（ｋ−１）＋ＳＡＲ（ｋ−１）により累積値Ｚ
ＡＲ（ｋ）を求める処理が行なわれる。この処理が第４
図の積分器Ｐ３，Ｐ４に相当する。
続くステップ１５０では、ステップ１００で読み込んだ
制御対象Ｍ１の出力状態から、制御対象Ｍ１の動的モデ
ルを構築した際、線形近似が成立つ範囲として取り上げ
た定常的な状態のうちで最も近い状態（以下、これを定
常点ＡＲａ，ＳＰＤａと呼ぶ）を求める処理を行なう。
ステップ１６０では、ステップ１００で読み込んだ制御
対象Ｍ１の出力状態をこの定常点（ＡＲａ，ＳＰＤａ）
からの摂動分（δＡＲ，δＳＰＤ）として求める処理を
行なう。この処理が第４図の摂動分抽出部Ｐ５に相当す
る。
続くステップ１７０では、内燃機関１の冷却水温Ｔｈｗ
を読み込み、この水温Ｔｈｗに応じて内燃機関１の動的
モデルが変化することから、予め冷却水温Ｔｈｗ毎に用
意されたオブザーバ内のパラメータ 及び最適フィードバックゲイン を選択する処理を行なう。
ステップ１８０では、ステップ１７０で選択された とステップ１６０で求められた摂動分（δＡＲ，δＮ）
と、前回求められた状態変数推定量 と、前回求められた燃料噴射量ＦＲ（ｋ−１）とスロッ
トルバルブ開度θ（ｋ−１）の摂動分δＦＲ（ｋ−
１），δθ（ｋ−１）とから、次式（２５）により新た
な状態変数推定量 を算出する処理が行なわれる。この処理が第４図オブザ
ーバＰ６に相当するが、本実施例では既述した如く、オ
ブザーバＰ６は有限整定オブザーバとして構成されてい
る。即ち、 の計算が行なわれるのである。
続くステップ１９０では、ステップ１８０で求めた状態
変数推定量 とステップ１４０で求められた累積値ＺＳＰＤ（ｋ），
ＺＡＲ（ｋ）と、予め用意されステップ１７０で選択さ
れた最適フィ−ドバックゲイン、 をベクトル乗算することにより、即ち により操作量の摂動分δＦＲ（ｋ）とδθ（ｋ）とを求
める処理が行なわれる。これが第４図のフィードバック
量決定部Ｐ７に相当している。
ステップ２００では、ステップ１９０で求めた操作量の
摂動分δＦＲ（ｋ），δθ（ｋ）と定常点における各操
作量ＦＲａ，θａとを加えて、実際に内燃機関１の燃料
噴射弁１１及びアクチュエータ３５へ出力される操作量
ＦＲ（ｋ），θ（ｋ）が求められる。
続くステップ２１０ではサンプリング回数を示す値ｋを
１だけインクリメントする処理を行ない、上記の一連の
処理、ステップ１００ないしステップ２１０を終わる。
以上の制御を周期的に継続して行なうことにより、電子
制御回路４０は制御対象Ｍ１を定速走行車速ＳＰＤ＊と
目標吸入空気量ＡＲ＊に制御する追加積分型最適レギュ
レータとして、最適のフィードバックゲインにより制御
を行なうことになる。
次に、ステップ１２０の目標吸入空気量ＡＲ＊を求める
ルーチンについて説明する。このルーチンは第８図のフ
ローチャートに図示する如く、次の手順により、同一の
走行速度ＳＰＤ（ｋ）を維持しつつ、燃料消費量を最小
にするように目標吸入空気量ＡＲ＊を算出する。尚、以
下の説明では、本ルーチンにおける前回の目標値をＡＲ
＊（ｋ−１）で、今回算出された目標値をＡＲ＊（ｋ）
で表わすことがある。
このルーチンチはステップ３００より開始され、まず第
６図の処理において定められた定速走行車速ＳＰＤ
＊（ｋ）が前回の値ＳＰＤ＊（ｋ−１）と、実際の走行
速度ＳＰＤ（ｋ）が定速走行車速ＳＰＤ＊（ｋ）と、そ
れぞれ等しいか否かの判断を行なう。それらのいずれか
ひとつでも成立しないような場合には、制御系は平衡に
達していないことから、燃料消費量を最小とするような
吸入空気量の探索は行なえないとして、処理はステップ
３１０へ移行し、予め走行速度ＳＰＤから設定されたマ
ップにより与えられる吸入空気量ＡＲ（ＳＰＤ）を目標
吸入空気量ＡＲ＊（ｋ）として与える処理を行ない、Ｎ
ＥＸＴへ抜けて、本制御ルーチンを終了する。即ち、第
７図のフローチャートに遍つて言えば、ステップ１２０
において目標吸入空気量ＡＲ＊（ｋ）を制御対象Ｍ１が
過渡状態にあるとして、マップより定めるのである。
一方ステップ３００において、ＳＰＤ＊（ｋ）＝ＳＰＤ
＊（ｋ−１）、かつＳＰＤ（ｋ）＝ＳＰＤ＊（ｋ）であ
れば、制御対象Ｍ１は平衡状態にあるとみなし、燃料消
費量を最小とする吸入空気量の探索を行なうために、処
理はステップ３２０へ移行する。ステップ３２０ではフ
ラッグＦｓが１であるか否かの判断を行なうが燃料消費
量の探索が開始される以前はフラッグＦｓの値は０に初
期セットされるので判断は「ＮＯ」となって処理はステ
ップ３３０へ進む。ステップ３３０では、走行速度ＳＰ
Ｄ（ｋ）を最小の燃料消費量で定速走行車速ＳＰＤ
＊（ｋ）に維持できる吸入空気量を求める探索を開始す
るとして、フラッグＦｓを値１に、探索方向を示す係数
Ｄつまり吸入空気量の増加方向または減少方向を指定す
る係数Ｄの値１に、本ルーチンの実行回数を示すカウン
タＣｓを値０に、各々設定する処理を行なう。
続くステップ３４０ではカウンタＣｓの値が０を越えて
いるか否かの判断を行なう。探索開始直後にはカウンタ
Ｃｓ＝０なので処理はステップ３５０に移行し、目標吸
入空気量ＡＲ＊（ｋ）を前回の目標値ＡＲ＊（ｋ−１）
よりＤ×ΔＡＲだけ増量して定め、続くスンテップ３６
０でカウンタＣｓの値を１だけインクリメントし、ＮＥ
ＸＴへ抜けて本ルーチンを終了する。
こうして探索が開始された後に、本ルーチンが実行され
るとステップ３２０，ステップ３４０での判断は共に
［ＹＥＳ」となって、処理はステップ３７０へ進み、燃
料噴射量ＦＲ（ｋ）に関し、定常点からの摂動分δＦＲ
（ｋ）が前回の時点でのδＦＲ（ｋ−１）と較べて、ど
うなったかを判定する。δＦＲ（ｋ）−δＦＲ（ｋ−
１）の値が所定値−ΔＦ以下であれば燃料噴射量は更に
減少し得るとして、そのまま探索を継続すべく、処理は
ステップ３５０以下を実行する。このことは丁度第５図
においてｂ点側からａ点側へ近づきつつあることを示し
ている。
一方、δＦＲ（ｋ）−δＦＲ（ｋ−１）の値が所定値Δ
Ｆ以上であれば、燃料噴射量は増加していることになる
ので探索方向を逆転すべく、ステップ３８０にて探索方
向係数Ｄの値を−１に設定し、以下、上述のステップ３
５０，３６０の処理を行なう。従って、この探索により
目標吸入空気量ＡＲ＊（ｋ）は減少され、スロットル開
度θは閉方向に向う。第２図に即して言えば、図中ｃ点
側からａ点側へ探索する場合である。
こうして、燃料噴射量を減らす方向での探索が行なわれ
ると、やがて、δＦＲ（ｋ）−δＦＲ（ｋ−１）の値が
所定の偏差±ΔＦ以内となる点が見い出される。ここが
定速走行時において燃料消費量を最小とする吸入空気量
となる点である。そこで、探索は一応終了したとして、
ステップ３９０にてフラッグＥｓを値０に設定し、続く
ステップ４００では、この時得られていた目標吸入空気
量ＡＲ＊（ｋ−１）を走行速度ＳＰＤから吸入空気量を
定めるマップの値として入替える処理を行なう。即ちＡ
Ｒ（Ｎ）＝ＡＲ＊（ｋ−１）である。続くステップ４１
０では前回定められた目標吸入空気量ＡＲ＊（ｋ−１）
を今回も用いるとして、ＡＲ＊（ｋ）の値をこれに更新
し、ＮＥＸＴへ抜けて本ルーチンを終了する。
以上で、一回の探索過程を終了し、その後は冒頭の処
理、ステップ３２０，３３０，３４０より再び探索を継
続するのである。
以上、説明した如く、第７図，第８図に示した制御ルー
チンを繰返し実行することにより、本実施例の車速制御
装置は、車両の走行速度を定速走行車速に制御するのみ
ならず、その燃料消費量を最小にするように働く。この
時、制御対象Ｍ１を制御する系はそのフィードバックゲ
インが最適フィードバックとなる付加積分型最適レギュ
レータとなっており、スロットルバルブ開度θと燃料噴
射量ＦＲとの制御は、従来実現不可能であった素早い応
答性と安定性とにおいて実現されている。従って、ドラ
イバビリティをすこしも損うことなく、スロットルバル
ブ７の開度θを変化させて、燃料噴射量ＦＲを最小にす
る制御が可能となった。
しかも本実施例では、内燃機関１の冷却水温Ｔｈｗに応
じて動的なモデルが変化する為に、冷却水温Ｔｈｗによ
ってオブザーバのパラメータと最適フィードバックゲイ
ンを切換えて制御を行なっており、内燃機関１の冷却水
温Ｔｈｗによらず安定した制御を行なうことができる。
こうした優れた応答性と安定性とが実現できて初めて、
内燃機関１の燃料噴射量ＦＲを最小とするような探索が
可能となった。従来のフィードバック制御によってアク
チュエータ３５を介してスロットルバルブ７の駆動した
としても、探索を行なうことはできても、応答性・安定
性などの面から現実の使用に耐えるものではないからで
ある。
第９図は本実施例による制御を行なった場合の特性を示
し、走行速度ＳＰＤが定速走行車速ＳＰＤ＊に追従して
ゆく様子を表わしている。
以上の実施例では、内燃機関１を燃料噴射量ＦＲとスロ
ットル開度θを入力とし吸入空気量ＡＲ，走行速度ＳＰ
Ｄを出力とする２入力２出力の系としてとらえ、最小２
乗法によるシステム同定を用いて動的なモデルを構築し
て付加積分型最適レギュレータを構成しているが、適用
する内燃機関の態様に合わせて、この他の入出力をも加
味し、系の動的なモデルを構築することも、本発明の要
旨を変更することなく行なうことができる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の車速制御装置は、制御入
力量である燃料噴射弁及びスロットルアクチュエータの
各制御量と、制御出力量である吸入空気量及び車速とに
基づき、車速制御に関する系の動的な内部状態を表わす
状態変数量を求め、この状態変数量と、目標吸入空気量
と実際の吸入空気量との偏差の累積値と、目標車速と車
両の走行速度との偏差の累積値と、車速制御に関する系
の動的モデルに基づき予め設定したフィードバックゲイ
ンとに基づき、燃料噴射弁及びスロットルアクチュエー
タの制御量を決定するように構成されている。
また、目標吸入空気量には、走行速度と目標車速とが一
致していない制御の過渡時には、走行速度に基づき、車
両の走行に必要な空気量が適宜設定されるが、走行速度
と目標車速とが一致し且つ目標車速が定常状態にある場
合には、走行速度を一定としたときの吸入空気量と燃料
噴射量との相関パターンに基づき、走行速度を最小の燃
料噴射量で現在の目標車速に維持するための吸入空気量
が設定される。
このため、本発明によれば、車速制御の開始直後、走行
道路の傾斜等によって内燃機関に加わる負荷が変化した
とき、或は目標車速が変更されたとき等、走行速度と目
標車速とが一致していない制御の過渡時には、吸入空気
量を目標吸入空気量に制御しつつ、走行速度を速やかに
目標車速に収束させることができ、従来の車速制御装置
では得られなかった高い応答性及び安定性を実現するこ
とができる。
つまり、従来の車速制御装置では、単に走行速度と目標
車速との偏差からスロットルアクチュエータの制御量を
決定するだけであるが、本発明では、こうした車速制御
系全体を２入力２出力の動的モデルとして捉え、その制
御系における未来への影響を予測するために必要充分な
系の履歴に関する情報を含んだ状態変数を用いて、燃料
噴射弁及びスロットルアクチュエータの制御量を同時に
演算するようにしているので、この制御量による車速制
御系の振舞いを明かにしつつ制御量を決定することがで
き、制御開始直後は勿論のこと、路面の傾斜等の車両の
走行条件や制御目標が変化しても、過制御を生じること
なく、制御出力を制御目標に速やかに収束させることが
できるようになるのである。
また、走行速度と目標車速とが一致し且つ目標車速が定
常状態にある場合には、目標吸入空気量に、走行速度を
最小の燃料噴射量で現在の目標車速に維持するための吸
入空気量を設定するため、車両が安定した定速走行に入
ると、内燃機関を、定速走行を維持するために必要な最
小の燃料消費量にて運転することができるようになり、
車両定速走行時の燃費を大幅に改善できる。
また、このように目標吸入空気量を変化させた場合、従
来装置のようなＰＩＤ制御では、目標吸入空気量の変化
に従い燃料噴射量とは関係なく吸入空気量を変化させて
しまうので、その変化によって吸入空気量と燃料噴射量
とのバランスが崩れ、車速変動を招くことになるが、本
発明の車速制御装置では、上記のように、燃料噴射弁及
びスロットルアクチュエータの各制御量を、車速制御系
の内部状態を表わす状態変数量、目標吸入空気量と実際
の吸入空気量との偏差の累積値、及び目標車速と実際の
走行速度との偏差の累積値を用いてそれぞれ決定するた
め、目標吸入空気量が変化してもそれ応じて各制御量を
最適に設定することができ、車速変動を発生させること
なく燃料噴射量を必要最小限の値に変化させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の基本的構成図、第２図は燃料量ＦＲと
吸入空気量ＡＲとの関係を示す定走行速度線図、第３図
は本発明一実施例としての内燃機関とその周辺装置の構
成を示す概略構成図、第４図は同じくその制御系統図、
第５図は実施例の系のモデルを同定するのに用いたブロ
ック線図、第６図は伝達関数を求める為のシグナルフロ
ー線図、第７図は実施例における付加積分型最適レギュ
レータとしての制御を示すフローチャート、第８図は同
じくその燃料消費量を最小にする制御ルーチンを示すフ
ローチャート、第９図は本実施例の特性を表わすグラ
フ、である。 １……内燃機関 ３……エアフロメータ ７……スロットルバルブ １１……燃料噴射弁 ３１……回転数センサ ４０……電子制御回路 ４４……ＭＰＵ ５５……車速センサ ５６……セットスイッチ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射弁
    と、 内燃機関のスロットルバルブの開度を調節するスロット
    ルアクチュエータと、 内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段
    と、 車両の走行速度を検出する車速検出手段と、 外部からの指令に従い目標車速を設定する目標車速設定
    手段と、 車両の走行速度に基づき内燃機関の目標吸入空気量を設
    定すると共に、該走行速度が前記目標車速と一致し且つ
    該目標車速が定常状態にある場合には、車両の走行速度
    を一定としたときの吸入空気量と燃料噴射量との相関パ
    ターンに基づき、走行速度を最小の燃料噴射量で目標車
    速に維持するための吸入空気量を求め、該吸入空気量を
    目標吸入空気量として設定する目標吸入空気量設定手段
    と、 前記検出された走行速度及び吸入空気量がそれぞれ前記
    設定された目標車速及び目標吸入空気量となるように、
    前記燃料噴射弁及びスロットルアクチュエータの制御量
    を算出し、該算出結果に応じて前記燃料噴射弁及びスロ
    ットルアクチュエータを駆動する車速制御手段と、 を備え、更に、前記車速制御手段を、 内燃機関及び動力伝達機構を含む車速制御に関する系の
    動的モデルに基づき予め設定された演算式を用いて、当
    該系の入力量である前記燃料噴射弁及びスロットルアク
    チュエータの制御量と、当該系の出力量である前記吸入
    空気量及び走行速度とから、当該系の動的な内部状態を
    表わす状態変数量を推定する状態観測部と、 前記設定された目標吸入空気量と前記検出された吸入空
    気量との偏差、及び前記設定された目標車速と前記検出
    された走行速度との偏差を、それぞれ累積する累積部
    と、 前記車速制御に関する系の動的モデルに基づき予め設定
    されたフィードバックゲインと、前記状態観測部にて推
    定された状態変数量と、前記累積部にて求められた前記
    各偏差の累積値とに基づき、前記燃料噴射弁及びスロッ
    トルアクチュエータの制御量を決定する制御量決定部
    と、 を備えた付加積分型最適レギュレータとして構成してな
    ることを特徴とする車速制御装置。
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