JP2611239B2 - 車速制御装置 - Google Patents

車速制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、車両運転者によるアクセル操作量等に基づ
き車両の目標車速を設定し、車速が目標車速になるよう
内燃機関のスロットルバルブを開閉制御する車速制御装
置に関する。
［従来の技術］ 従来より、例えば車両が平地走行から登坂走行に切り
替わった場合のように車両の走行条件が変化したとき、
車両運転者がアクセル操作によって車速を制御しなくて
もよいように（即ち車両運転者のアクセル操作の負担を
軽減するため）、車両運転者によるアクセル操作量に応
じて目標車速を設定し、車速がその設定された目標車速
になるよう内燃機関のスロットルバルブの開度（以下、
スロットル開度という）を制御する、車速制御装置が提
案されている（例えば実開昭57−5932号）。
［発明が解決しようとする問題点］ ところが上記従来の車速制御装置は、目標車速と実車
速との偏差に応じてスロットル開度を開閉制御する所謂
PID制御によるものであったため、制御に応答遅れが生
じ、制御精度が悪いといった問題があった。
そこで本発明者は、上記問題を解決するため、制御の
応答性を向上して安定した制御精度が得られる、所謂線
形制御理論を上記車速制御装置に適用することを考え
た。
しかし従来の設計方法は、制御対象（この場合、内燃
機関を含めた車両全体）の挙動を記述する物理モデルを
求め、これに基づき制御則を定める方法であったため、
従来の設計法により車速制御装置を設計すると、内燃機
関や変速機等、車両の駆動系の一部を変更する度に制御
系全体を新たに設計し直さなければならず、設計作業が
煩雑になるといった問題があった。つまり例えば、同じ
内燃機関を搭載した車両であっても、車両側の駆動系が
異なれば内燃機関を含めて新たに制御則を決定しなけれ
ばならず、同じ内燃機関を搭載しているにもかかわら
ず、共通した制御則を用いることができないのである。
また、従来、車速制御のように制御入力（スロットル
開度）と制御出力（車速）との間に線形な関係が成立し
ない制御対象（車両）に線形制御理論を適用する場合に
は、制御入力と制御出力との間に線形な関係が成り立つ
と近似できる運転領域毎に物理モデルを求めて制御則を
決定し、各運転領域毎に制御則を切り替えて制御を行う
ようにすることが知られているが、このような設計法で
車速制御装置を設計すると、制御則を、車両の各運転領
域毎に設計しなければならず、また制御実行時にはその
制御則の切り替えのために制御が煩雑になるといった問
題がある。
そこで本発明は、線形制御理論の適用によって制御精
度が改善され、設計が簡単で、しかも車両の運転領域毎
に制御則を切り替える必要のない車速制御装置を提供す
ることを目的としてなされた。
［問題点を解決するための手段］ 即ち上記目的を達成するためになされた本発明の構成
は、第１図に例示する如く、 目標車速Vrを設定する目標車速設定手段M1を備え、車
速Ｖが上記設定された目標車速Vrとなるよう、変速機M2
を介して車輪M3を回転駆動する内燃機関M4のスロットバ
ルブM5を開閉制御する車速制御装置において、 上記車速Ｖを状態変数として当該車両の挙動を表す物
理モデルに基づき設定された次式（Ａ）で表される制御
則に従って、上記車速Ｖと上記目標車速Vrとから車速Ｖ
を上記目標車速Vrに制御するのに必要な制御量ｕを算出
すると共に、該求められた制御量ｕと上記車両の走行抵
抗とに基づき上記変速機M2出力側での駆動トルクを算出
する第１の演算手段M6と、 該算出された駆動トルクと上記変速機M2の変速状態に
基づき上記内燃機関M4に加わる負荷トルクTlを算出する
と共に、上記目標車速Vrと上記変速機M2の変速状態とに
基づき上記内燃機関M4の目標回転速度Nrを算出する第２
の演算手段M7と、 上記内燃機関M4の回転速度Ｎ及び吸気圧力Ｐを状態変
数として内燃機関M4の挙動を表す物理モデルに基づき設
定された次式（Ｂ）で表される制御則に従って、上記算
出された目標回転速度Nrと負荷トルクTl、上記内燃機関
M4の回転速度Ｎ、及び吸気圧力Ｐから上記スロットルバ
ルブM5の開度Ｓを算出する開度算出手段M8と、 該開度算出手段M8の算出結果に応じて上記スロットル
バルブM5を開閉駆動する駆動手段M9と、 を備えたことを特徴とする車速制御装置を要旨としてい
る。
但し、（Ａ）式及び（Ｂ）式は、下記の通りであり、 ｕ（ｋ）＝g1・Ｖ（ｋ）＋Σg2・（Ｖ（ｋ）−Vr） ＋g3・Vr …（Ａ） Ｓ（ｋ）＝f1・Ｎ（ｋ）＋f2・Ｐ（ｋ） ＋Σf3（Ｎ（ｋ）−Nr）＋f4・Nr＋f5（Tl（ｋ） ＋an4/an3）−（ap3/ap2）・Ｐ（ｋ）・Ｎ（ｋ） …（Ｂ） 各式において、添字ｋは現時点の値を表し、g1〜g3,f
1〜f5,an3,an4,ap2,ap3は定数である。
［作用］ 以上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M1が、車速制御の制御目標
となる目標車速Vrを設定し、第１の演算手段M6が、車速
Ｖと目標車速Vrとから、上記（Ａ）式で表される制御則
に従って、車速Ｖを目標車速Vrに制御するのに必要な制
御量ｕを算出し、更に、その制御量ｕと車両の走行抵抗
とに基づき、変速機M2の出力側（即ち車輪M3側）での駆
動トルク（詳しくは車速Ｖを目標車速Vrに制御するのに
必要な駆動トルク）を算出する。
そして第２の演算手段M7が、第１の演算手段M6で算出
された駆動トルクと変速機M2の変速状態に基づき、車速
Ｖを目標車速Vrに制御した際に内燃機関M4に加わる負荷
トルクTlを算出すると共に、上記目標車速Vrと上記変速
機M2の変速状態とに基づき、車速Ｖを目標車速Vrに制御
するのに必要な内燃機関M4の目標回転速度Nrを算出す
る。
すると開度算出手段M8が、上記（Ｂ）式で表される制
御則に従って、第２の演算手段M7で算出された目標回転
速度Nrと負荷トルクTl、内燃機関M4の回転速度Ｎ、及び
吸気圧力Ｐから、車速Ｖを目標車速Vrに制御するのに必
要なスロットルバルブM5の開度Ｓを算出し、駆動手段M9
が、その算出結果（即ち開度Ｓ）に応じて、スロットル
バルブM5を開閉駆動する。
即ち、本発明の車速制御装置は、車速Ｖを目標車速Vr
に制御するのに必要な変速機M2の出力側での駆動トルク
を求めるための、車両特性によって決定される制御系
と、その求められた駆動トルクから内燃機関M4の負荷ト
ルクTlと目標回転速度Nrとを求めるための、内燃機関M4
から車輪M3に動力を伝達する車両駆動系の動力伝達特性
によって決定される制御系と、その求められた負荷ト
ルクTlと目標回転速度NrとからスロットルバルブM5の開
度Ｓを求めてスロットルバルブM5を駆動制御するため
の、内燃機関M4の特性によって決定される制御系と、
に分割され、との制御則，つまり（Ａ）式及び
（Ｂ）式が、車両及び内燃機関の挙動を表す物理モデル
に則って設計されている。尚、上記（Ａ）式及び（Ｂ）
式については、後述の実施例の項にて詳しく説明する。
このため車速制御に線形制御理論を適用して、車速制
御の応答性を向上して制御精度を改善できるだけでな
く、装置を上記各制御系毎に設計することができる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面と共に説明する。
第２図は本発明が適用された車両全体の構成を表す概
略構成図である。
図において２は内燃機関を表している。内燃機関２の
吸気管４には、エアクリーナ６を介して流入する空気の
流量（吸気量）を制御するためのスロットルバルブ８や
吸気の脈動を抑えるためのサージタンク10、吸気管内部
の圧力（吸気圧力）Ｐを検出する吸気圧センサ12が備え
られている。スロットルバルブ８は、アクセルペダル14
とは連動しない所謂リンクレススロットルバルブとして
設けられ、その開閉はステップモータ16により行われ
る。
一方内燃機関２の回転は変速機18、プロペラシャフト
20、ディファレンシャルギア22を介して左右の駆動輪24
に伝達される。本実施例では変速機18に手動変速機が用
いられ、シフトレバー26の操作によって決定される変速
機18のシフト位置Isを検出するためのシフト位置センサ
28、及び変速機18のクラッチの断続状態を検出するため
クラッチペダル30の踏込量Ｌを検出するクラッチセンサ
32が備えられている。
また当該車両には、内燃機関２の回転速度Ｎを検出す
るための回転速度センサ34、左右従動輪36の回転から車
速Ｖを検出する車速センサ38、及びアクセルペダル14の
踏込量θを検出するアクセルセンサ40が設けられてい
る。
そして上記各センサからの検出信号は車速制御のため
の電子制御回路42に送り込まれ、車速Ｖがアクセルペダ
ル14の踏込量θと変速機18のシフト位置Isに応じて決定
される目標車速Vrとなるよう、ステップモータ16を介し
てスロットルバルブ８を開閉制御するのに用いられる。
電子制御回路42は、予め設定された制御プログラムに
従って車速制御のための演算処理を実行するCPU42a、CP
U42aで演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや
初期データが予め記録されたROM42b、同じくCPU42aで演
算処理を実行するのに用いられるデータが一時的に読み
書きされるRAM42c、上記各センサからの検出信号を入力
すると共に、CPU42aでの演算結果に応じてステップモー
タ16に駆動信号を出力するための入出力ポート42d等か
ら、周知の論理演算回路として構成されている。
次にこの電子制御回路42で実行される車速制御の制御
系を第３図に示すブロックダイヤグラムに基づいて説明
する。尚、第３図は制御系を示す図であって、ハード的
な構成を示すものではなく、実際には第４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り、離散系
として実現される。
図に示すように、本実施例の車速制御系は、 アクセルセンサ40によって検出されるアクセルペダル
14の踏込量θと、シフト位置センサ28によって検出され
る変速機18のシフト位置Isと、に基づき目標車速Vrを設
定する目標車速設定部P1と、 その設定された目標車速Vrと車速センサ38により検出
される実車速Ｖとから車速Ｖを目標車速Vrに制御するの
に必要な変速機18の出力側（即ち駆動輪24側）での駆動
トルク（タイヤの駆動トルクTd−ブレーキトルクTb）を
算出する駆動トルク算出部P2と、 駆動トルク算出部P2で算出された駆動トルク（Td−T
b）、目標車速設定部P1で設定された目標車速Vr、シフ
ト位置センサ28で検出された変速機18のシフト位置Is、
及びクラッチセンサ32で検出されたクラッチペダル30の
踏込量Ｌに基づき、車速Ｖを上記目標車速Vrに制御する
ための内燃機関２の目標回転速度Nr、及びそのとき内燃
機関２に加わる負荷トルクTl、を算出する内燃機関制御
目標設定部P3と、 目標回転速度設定部P3で検出された目標回転速度Nrと
負荷トルクTl、回転速度センサ34で検出された内燃機関
２の回転速度Ｎ、及び吸気圧センサ12で検出された吸気
圧力Ｐ、に基づき、内燃機関２の回転速度Ｎを目標回転
速度Nrに制御するためのスロットル開度Ｓを算出する制
御量設定部P4と、から構成されている。
ここで目標車速設定部P1は前述の目標車速設定手段M1
に相当するもので、本実施例では、変速機18のシフト位
置Is毎に設定されたアクセルペダル14の踏込量θをパラ
メータとする例えば第５図に示す如きマップから目標車
速Vrを設定する。
また駆動トルク算出部P2は前述の第１の演算手段M6に
相当するもので、車速を状態変数として車両挙動を表す
状態方程式に基づき設定されたパラメータを用いて駆動
トルク（Td−Tb）を算出する。
即ち、この駆動トルク算出部P2では、まず車速Ｖに係
数g1を乗算する（P20）と共に、車速Ｖと目標車速Vrと
の偏差（Ｖ−Vr）を求め（P21）、その偏差（Ｖ−Vr）
に係数g2を乗算して（P22）、その乗算値g2・（Ｖ−V
r）を逐次加算する（P23）。また目標車速Vrに係数g3を
乗算し（P24）、その乗算結果に、P20での乗算結果g1V
とP23での逐次加算結果Σg2・（Ｖ−Vr）とを加算し（P
25,P26）、その加算結果に車両重量Ｍを乗算する（P2
7）。一方、非線形補償のために、車速Ｖに基づき非線
形補償値（AeCdV2＋μMg）を算出し（P28）、P27での乗
算結果にこの非線形補償値を加算して（P29）、駆動ト
ルク（Td−Tb）を算出する。
次に内燃機関制御目標設定部P3は前述の第２の演算手
段M7に相当するもので、当該車両の内燃機関２から駆動
輪24への動力伝達系の特性に基づき予め設定された後述
の演算式を用いて、変速機18のシフト位置Isとクラッチ
ペダルの踏込量Ｌ（即ち変速機18の断続状態）とから、
車速Ｖを目標車速Vrに制御するための内燃機関２の目標
回転速度Nrと、そのとき内燃機関２に加わる負荷トルク
Tlとを算出する。
また制御量設定部P4は前述の開度算出手段M8に相当
し、内燃機関２の回転速度Ｎ及び吸気圧力Ｐを状態変数
として内燃機関の挙動を表す状態方程式に基づき設定さ
れたパラメータを用いて内燃機関の回転速度Ｎを目標回
転速度Nrに制御するためのスロットル開度Ｓを算出す
る。
即ち、この回転速度制御部P4では、まず内燃機関２の
回転速度Ｎと吸気圧力Ｐとに夫々係数f1,f2を乗算する
（P40,P41）と共に、回転速度Ｎと目標回転速度Nrとの
偏差（Ｎ−Nr）を求め（P42）、その偏差（Ｖ−Vr）に
係数f3を乗算して（P43）、その乗算値f3（Ｎ−Nr）を
逐次加算する（P44）。また目標車速Nrに係数f4を乗算
する（P45）と共に、負荷トルクTlに定数αn4/αn3を加
算して（P46）、その加算結果に係数f5を乗算する（P4
7）。また更に回転速度Ｎと吸気圧力Ｐとを乗算し（P4
8）、その乗算結果に定数（αp3/αp2）を更に乗算する
（P49）。そして上記各P40,P41,P44,P45,P47での算出結
果を各々加算する（P50〜P53）と共に、P49の算出結果
を減算し（P54）、これによってスロットル開度Ｓを算
出する。
次に上記第３図の制御系の設計方法について説明す
る。尚、この種の制御系の設計方法としては、例えば、
古田勝久著「実システムのデジタル制御」システムと制
御,Vol.28,ωo.12（1984年）計測自動制御学会等に詳し
いので、ここでは簡単に説明する。また本実施例では、
スミス−デェビソン（Smith−Davison）の設計法を使用
するものとする。
まず上記回転速度制御部P4の基本となる内燃機関２の
物理モデルについて説明する。
運転状態にある内燃機関２の運動方程式は次式（１）
のように記述できる。
但し、Ｎは回転速度、ｔは時間、Ｉは内燃機関回転部
の慣性モーメント、ｎは気筒数、Pciはｉ番目の気筒内
圧力、Paは大気圧、ωはクランク角度、Vciはｉ番気筒
容積、Tfは機械損失トルク、Tlは実負荷トルクである。
一方、内燃機関２の吸気行程にある気筒における吸入
空気量の質量保存則は、次式（２）のように記述でき
る。
尚、≠を付した項は吸気行程以外では０である。
但し、Ｐは吸気圧力（吸気管圧力）、Ｃは音速、ｍは
スロットルバルブを通過して燃焼室に吸入される吸入空
気量、Kcは混合気比熱比、qmはシリンダ壁面伝熱量、Ki
は吸気空気比熱比、Riは吸入空気ガス定数、Tiは吸入空
気温度、Ｖは吸気容積である。
上記式（１）において、図示トルクが吸気圧力Ｐにほ
ぼ比例することから次式（３）のように近似できる。
上記式（２）において、気筒内圧力Pciが臨界圧力以
下であれば、吸入空気量は吸気絞り有効断面積（即ちス
ロットル開度Ｓ）に比例することから、次式（４）のよ
うに近似できる。
（C2/V）・ｍ＝αp1＋Ｓ …（４） また、上記式（２）において、気筒内に吸入される吸
入空気量は、内燃機関２の回転速度Ｎと吸気圧Ｐとの積
に比例することから次式（５）のように近似できる。
上記式（３），（４），（５）により上記式（１），
（２）は次式（６），（７）のように近似できる。
dN/dt＝αn1＋Ｐ−αn2＋Tf−αn3・Tl …（６） dP/dt＝αn1＋Ｓ＋αn2＋Ｐ＋Ｎ …（７） 上記式（６），（７）をオイラーの式或は積分により
離散化し、更に機械損失トルクTfは回転速度Ｎに比例す
るものとして近似して各定数項を改めると、一定時間サ
ンプリングの場合の同定基礎式である次式（８），
（９）が得られる。
Ｎ（ｋ＋１）＝αn1＋Ｎ（ｋ）＋αn2＋Ｐ（ｋ） ＋αn3＋Tl（ｋ）＋αn4 …（８） Ｐ（ｋ＋１）＝αp1＋Ｐ（ｋ）＋αp2＋Ｓ（ｋ） ＋αp3＋Ｐ（ｋ）＋Ｎ（ｋ） …（９） ここで実負荷トルクの項αn3＋Tl（ｋ）と定数項αn4
とを次式（10）のようにして負荷トルクＴ（ｋ）に変換
する。
αn3＋Ｔ（ｋ）＝αn3＋｛Tl（ｋ）＋（αn4/αn3）｝ …（10） また操作量であるスロットル開度Ｓ（ｋ）を次式（1
1）のようにして制御量Ｓ′（ｋ）に変換する。
Ｓ′（ｋ）＝Ｓ（ｋ）＋ （αp3/αp2）＋Ｐ（ｋ）＋Ｎ（ｋ） …（11） 次に上記両式（８），（９）の各定数項は最小二乗法
により同定し、上記式（10），（11）を用いて上記式
（８）、（９）を線形化すると、次式（12）に示す状態
方程式および次式（13）に示す出力方程式が得られる。
こうして、本実施例の動的な物理モデルが、上記式
（12），（13）のように求められる。この動的な物理モ
デルは、非線形性を有する内燃機関２を好適に線形化し
たものである。
次に上記物理モデルから、回転速度制御部P4を設計す
る。
まず、目標回転速度Nrがステップ状に変化するものと
して、回転速度Ｎ（ｋ）との偏差ｅ（ｋ）を導入し、上
記式（12）で示される系をサーボ系に拡大する。ここ
で、偏差ｅ（ｋ）は、次式（14）のように表現される。
ｅ（ｋ）＝Ｎ（ｋ）−Nr …（14） 目標回転速度Nrがステップ状に変化するものとし、偏
差ｅ（ｋ）の差分△ｅ（ｋ）を求めると、次式（15）に
示すような関係が導かれる。
△ｅ（ｋ）＝ｅ（ｋ）−ｅ（ｋ−１）＝△Ｎ（ｋ） −△Nr＝△Ｎ（ｋ） …（15） 従って偏差ｅ（ｋ）は次式（16）のように記述でき
る。
ｅ（ｋ）＝△Ｎ（ｋ）＋ｅ（ｋ−１） …（16） 上記式（12），（16）よりサーボ系に拡大した系を差
分値に関して表記すると、次式（17）のような状態方程
式を得る。
上記式（17）を次式（18）のようにみなす。
すると、離散形２次形式評価関数は次式（19）のよう
に表現できる。
ここで、重みパラメータ行列 を選択して、上記離散形２次形式評価関数Ｊを最小にす
る入力 は次式（20）で与えられる。
従って、最適フィードバックゲイン は次式（21）のように定まる。
但し、 は次式（22）に示す離散形リカッチ方程式を満たす正定
対称行列である。
これにより、制御量の偏差△Ｓ′（ｋ）は、次式（2
3）のように求まる。
但し、 更に詳しくは［f1 f2 f3］である。
上記式（23）を積分すると、制御量Ｓ′（ｋ）が次式
（24）のように定まる。
ここで上記式（24）における定数ｃに対し、目標回転
速度Nr,負荷トルクＴ（ｋ）をフィードフォワードする
ために、定数ｃを次式（25）のように設定する。
そして上記式（25）の を、上記式（23）中 で、Ｎ（ｋ）→Nrとなるよう定めるものとし、極限での
パラメータを添字ｒで表すと となる。また上記式（12）より、 となる。ここで上記式（27）に式（26）を代入すると、
次式（28）が得られる。
そこで次に とすると、上記式（28）より、 従って上記式（31）より、 となる。ここで上式（32）において第１項は内燃機関の
目標回転速度に対するフィードフォワードであり、第２
項は負荷トルクに対するフィードフォワードである。そ
して第１項をf4＋Nr、第２項をf5＋Ｔ（ｋ）とおくと、
上記式（15）及び（24）より、制御量Ｓ（ｋ）′は、次
式（33）に示す如くなる。
Ｓ（ｋ）′＝f1＋Ｎ（ｋ）＋f2＋Ｐ（ｋ） ＋Σf3（Ｎ（ｋ）−Nr）＋f4＋Nr＋f5＋Ｔ（ｋ） …（33） 従ってスロットル開度Ｓ（ｋ）は、上記式（10）及び
（11）より、 Ｓ（ｋ）＝f1＋Ｎ（ｋ）＋f2＋Ｐ（ｋ） ＋Σf3（Ｎ（ｋ）−Nr）＋f4＋Nr＋f5（Tl（ｋ） ＋αn4/αn3）−（αp3/αp2）＋Ｐ（ｋ）＋Ｎ（ｋ） …（34） となり、回転速度制御部P4の制御系が設計できる。
次に上記駆動トルク算出部P2の基本となる車速の物理
モデルについて説明する。
走行状態にある車両の運動方程式は、次式（40）のよ
うに記述できる。
Ｍ・dV/dt＝Td−Tb−（Ae＋Cd＋V2＋μ＋Ｍ＋ｇ） …（40） 但し、Ｍは車両質量（kg）、Ｖは車速（m/sec.）、Td
はタイヤの駆動トルク（Nm）、Tbはブレーキトルク（N
m）、Aeは車両の前面投影面積（m2）、Cdは風損係数、
μはころがり抵抗係数、ｇは重力加速度（m/sec2）であ
る。
ここで上記式（40）において、 ｕ＝（Td−Tb）/M−（Ae＋Cd＋V2＋μ＋Ｍ＋ｇ）/M …（41） とおくと、上記式（40）は次式（42）の如くなる。
dV/dt＝ｕ …（42） そしてこの式（42）を△ｔで離散化すると、 Ｖ（ｋ＋１）＝Ｖ（ｋ）＋△ｔ＋ｕ（ｋ） …（43） となり、これにより車両の動的な物理モデルが構築でき
る。
そこで次に目標車速をVrとし、車速Ｖを目標車速Vrに
追従制御するための制御則を、上記内燃機関２の制御系
と同様に離散型リカッチ方程式を解くことで求めると、 ｕ（ｋ）＝g1＋Ｖ（ｋ）＋Σg2＋（Ｖ（ｋ）−Vr） ＋g3＋Vr …（44） となる。
従って上記式（41）より、車輪に加わる駆動トルク
（Td−Tb）は、 Td−Tb＝Ｍ＋ｕ（ｋ）＋（Ae＋Cd＋V2＋μ＋Ｍ＋ｇ） …（45） となり、（Ae＋Cd＋V2＋μ＋Ｍ＋ｇ）により非線形補償
された駆動トルク（Td−Tb）の演算式が求められ、これ
によって駆動トルク算出部P2が設計できる。
次に内燃機関制御目標設定部P3について説明する。
上述したように内燃機関２の回転は、変速機18、プロ
ペラシャフト20、デファレンシャルギア22を介して駆動
輪24に伝達される。この動力伝達系を介して内燃機関２
により回転駆動される駆動輪24の駆動トルクTd（Nm）
は、動力伝達系における動力の伝達効率Ceと、変速機18
の減速比Dtと、デファレンシャルギア22の減速比Ddと、
内燃機関２の負荷トルクTl（Nm）とから、次式（50）の
如く表すことができる。
Td＝Ce＋Dt＋Dd＋Tl …（50） また車速Ｖ（m/sec.）は、変速機18の減速比Dtと、デ
ファレンシャルギア22の減速比Ddと、内燃機関２の回転
速度Ｎ（r.p.m.）と、タイヤの有効半径Rt（ｍ）とか
ら、次式（51）の如く表すことができる。
Ｖ＝Rt＋Dt＋Dd＋Ｎ＋π/30 …（51） ここで上記駆動トルク算出部P2で算出される駆動輪24
側での駆動トルク（Td−Tb）が０以上であるとき、Tb＝
０であると考え、駆動トルクはすべて内燃機関２が受け
持つものとし、逆に負荷トルク（Td−Tb）が負の値であ
る時には、駆動トルクはブレーキ側が受け持つものとす
る。
すると駆動トルク（Td−Tb）が０以上であるときの内
燃機関の負荷トルクTlは上記式（50）に基づき、次式
（52）のように求めることができ、 Tl＝Td/（Ce＋Dt＋Dd） …（52） 駆動トルク（Td−Tb）が負となる場合には、Ｔ＝０とな
る。またこのときの内燃機関２の目標回転速度Nrは、上
記式（51）に基づき、次式（53）のように求めることが
できる。
Nr＝30＋Vr/Rt＋Dt＋Dd＋π …（53） 一方上記伝達効率Ceと変速機18の減速比Dtは、変速機
18のシフト位置Isに応じて変化する。
そこでこの内燃機関制御目標設定部P3では、変速機18
のシフト位置Is毎に、伝達効率Ce（Is）及び減速比Dt
（Is）を予め記録しておき、上記駆動トルク算出部P2で
算出された駆動トルクが０以上であれば、変速機18のシ
フト位置Isに応じた伝達効率Ce（Is）及び減速比Dt（I
s）を用いて、上記式（52）により内燃機関の負荷トル
クTlを求め、駆動トルクが負であれば負荷トルクTlを０
に設定するようにされている。また内燃機関の目標回転
速度Nrも同様に、変速機18のシフト位置Isに応じた減速
比Dt（Is）を用いて、上記式（53）により求めるように
されている。
一方変速機18のシフト位置がニュートラル状態、或は
クラッチペダル30の踏込によって内燃機関２と変速機18
とが遮断されているときには、内燃機関２には負荷が加
わらない。
そこでこのような場合には、例え駆動トルクが０以上
であっても、負荷トルクTlを０に設定するようにされて
いる。また変速機18がニュートラル状態にある場合に
は、従来の車両と同様、内燃機関２の回転速度を所定の
アイドル回転速度に制御するため、目標回転速度Nrを予
め設定された所定値Nidleに設定するようにされてい
る。
次に電子制御回路30で実行される車速制御を第４図に
示すフローチャートに基づいて説明する。
当該車速制御は内燃機関２の運転開始と共に起動さ
れ、内燃機関２の運転中常時繰り返し実行される。
処理が開始されると、まずステップ100を実行して、
車速Ｖと目標車速Vrとの偏差の積分値Sev、及び内燃機
関２の回転速度Ｎと目標回転速度Nrとの偏差の積分値Se
eに、夫々初期値０を設定し、ステップ110に移行する。
ステップ110では、上記各センサからの出力信号に基
づき、変速機18のシフト位置Is、アクセルペダル14の踏
込量θ、クラッチペダル30の踏込量Ｌ、車速Ｖ内燃機関
２の回転速度Ｎ、吸気圧力Ｐを求め、ステップ120に移
行する。
そしてステップ120では、上記求められたアクセルペ
ダル14の踏込量θ及び変速機18のシフト位置Isに応じ
て、第５図に示す如きマップから目標車速Vrを算出す
る。
ステップ120で目標車速Vrが算出されると続くステッ
プ130に移行し、その算出された目標車速Vrと、車速Ｖ
と、車速Ｖと目標車速Vrとの偏差の積分値Sevと、をパ
ラメータとする前述の（44）式から駆動輪24側の駆動ト
ルク算出のための制御量ｕ（ｋ）を算出する。そして続
くステップ140ではその求められた制御量ｕ（ｋ）に基
づき、前述の（45）式を用いて駆動トルク（Td−Tb）を
算出する。
次にステップ150では、上記求められた駆動トルクが
０以上か否か、即ち前述したように駆動トルクを内燃機
関２により制御するかブレーキ側で制御するかを判断
し、駆動トルクが負であればステップ160に移行して、
駆動トルクに応じて当該車両に備えられた図示しない制
動装置を駆動制御するブレーキ制御を行なう。
一方ステップ150で駆動トルクが０以上であると判断
されると、ステップ170に移行し、上記検出された変速
機18のシフト位置Isから変速機18がニュートラル状態で
あるか否かを判断する。
そして変速機18がニュートラル状態であればステップ
180に移行して内燃機関２の負荷トルクTlを０とし、ス
テップ190で内燃機関の目標回転速度Nrに予め設定され
たアイドル回転速度Nidle（例えば650r.p.m.）を設定す
る。
一方上記ステップ170で変速機18がニュートラル状態
ではないと判断されると、ステップ200に移行し、今度
はクラッチペダル30の踏込量Ｌが内燃機関２と変速機18
とを遮断可能な所定値Lmax以上か否かを判断する。
そしてＬ＜Lmaxで、クラッチが切られていないと判断
された場合には、続くステップ210に移行し、変速機18
のシフト位置Isに応じた変速機18の減速比Dt（Is）と伝
達効率Ce（Is）とを読み込み、これら各値と上記ステッ
プ140で求めた駆動輪24側での駆動トルク（Td−Tb,即ち
Td）とから、上記（52）式を用いて内燃機関２の負荷ト
ルクTlを算出し、ステップ220に移行する。
一方Ｌ≧Lmaxで、クラッチが切られていると判断され
た場合には、ステップ230に移行して内燃機関２の負荷
トルクTlを０に設定し、ステップ220に移行する。また
上記ステップ160でブレーキ制御が実行された場合に
も、ステップ230が実行され、その後ステップ220に移行
する。
そしてステップ220では、変速機18のシフト位置Isに
応じた変速機18の減速比Dt（Is）と、上記ステップ120
で設定された目標車速Vrとから、上記（53）式を用いて
内燃機関２の目標回転速度Nrを算出する。
このようにして内燃機関２の負荷トルクTl及び目標回
転速度Nrが設定されると、ステップ240が実行され、そ
の設定された内燃機関２の負荷トルクTl及び目標回転速
度Nrと、上記ステップ110で検出された、内燃機関２の
回転速度Ｎ及び吸気圧力Ｐと、内燃機関２の回転速度Ｎ
と目標回転速度Nrとの偏差の積分値Seeとから、前述の
（34）式を用いてスロットル開度Ｓを算出する。
そして続くステップ250では、その算出されたスロッ
トル開度Ｓがステップモータ16により駆動制御可能な最
大値Smax以上であるか否かを判断し、Ｓ≧Smaxであれば
ステップ260に移行してスロットル開度Ｓにその最大値S
maxをセットしてステップ270に移行する。
一方ステップ250で、Ｓ＜Smaxであると判断される
と、ステップ280に移行し、今度は上記算出されたスロ
ットル開度Ｓがステップモータ16により駆動制御可能な
最小Smin以下であるか否かを判断する。そしてＳ≦Smin
であればステップ290に移行してスロットル開度Ｓにそ
の最小値Sminをセットしてステップ270に移行し、そう
でなければそのままステップ270に移行する。
ステップ270では、スロットルバルブ８を、上記ステ
ップ240、ステップ260又はステップ290で算出されたス
ロットル開度Ｓに制御すべく、ステップモータ16に駆動
信号を出力し、スロットルバルブ８を駆動制御する。
そしてこの制御が終了するとステップ300に移行し、
今回の処理で求められた車速Ｖと目標車速Vrとの偏差
（Ｖ−Vr）を積分値Sevに加算して、積分値Sevを更新す
る。またステップ300で積分値Sevが更新されると、ステ
ップ310に移行し、今回の処理で求められた内燃機関２
の回転速度Ｎと目標回転速度Nrとの偏差（Ｎ−Nr）を積
分値Seeに加算して、積分値Seeを更新し、再度ステップ
110に移行する。
以上説明したように本実施例の車速制御装置では、車
速を目標車速に制御するのに必要な駆動輪側での駆動ト
ルクが、車速を状態変数として車両の挙動を記述した物
理モデルに基づき設定された制御則により求められ、ま
た内燃機関のスロットル開度が内燃機関の回転速度及び
吸気圧力を状態変数として内燃機関の挙動を記述した物
理モデルに基づき設定された制御則により求められる。
このため第６図に示す如く、内燃機関の回転速度が目
標回転速度に対して応答遅れを生ずることなく良好に制
御され、その結果車速が目標車速に対して応答遅れなく
追従制御される。また変速機のシフト状態が切り替わ
り、内燃機関に加わる負荷トルク及び回転速度が急変し
た場合、通常のフィードバック制御では応答遅れが生ず
るが、本実施例では、上記内燃機関制御系での負荷トル
ク及び回転速度のフィードフォワードによって、応答遅
れを生ずることなく制御でき、車速制御をより好適に実
現できる。尚第６図は、上記実施例の車速制御装置を用
いた車両10Mode走行時のシミュレーション結果を表して
いる。
また制御系が、車両と、車両の動力伝達系と、内燃機
関とに分割して設計されるので、制御装置の設計を簡素
化でき、設計変更等を行なう際にもその変更部分のみの
制御則を設定し直せばよく、制御系の標準化を図ること
ができる。
また更に車両側及び内燃機関側での制御系が夫々車両
及び内燃機関の挙動を記述する物理モデル基づき設計さ
れるので、制御入力と制御出力との間に線形な関係が成
り立つものとして近似し、制御則が決定された装置のよ
うに、車両又は内燃機関の線形近似可能な運転領域毎に
制御則を切り替える必要がなく、車両の全走行領域で一
つの制御プログラムにより車速制御を実現でき、制御プ
ログラムの簡素化を図ることもできる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の車速制御装置において
は、車速Ｖを目標車速Vrに制御するための制御系が、変
速機の出力側での駆動トルクを求めるための制御系（第
１の演算手段）と、その駆動トルクから内燃機関の負荷
トルクTlと目標回転速度Nrとを求めるための制御系（第
２の演算手段）と、負荷トルクTlと目標回転速度Nrとか
らスロットルバルブの開度Ｓを求めるための制御系（開
度算出手段）とから構成されている。このため、各制御
系を、変速機の出力側での車両特性，内燃機関から変速
機の出力側に至る動力伝達系の車両特性，及び車両の動
力源である内燃機関の特性に応じて、個々に設計するこ
とができ、その設計作業が簡単となり、車両各部の制御
系の標準化を図ることができる。
また、上記３つの制御系の内、第１の演算手段及び開
度算出手段は、夫々、車両及び内燃機関の挙動を表す物
理モデルに則って設定された前述の（Ａ）式及び（Ｂ）
式で表される制御則に従って上記各パラメータを算出す
るので、車速制御に線形制御理論をそのまま適用して、
内燃機関を含む車両の挙動を記述した線形モデルに従っ
て制御則を構築した場合のように、制御則を車両の挙動
を線形近似し得る運転領域毎に切り換える必要はない。
このため、車速制御を実現するための制御プログラムの
簡素化を図ることができ、しかも制御則の切り換えに伴
い車両の挙動変化を誘発することがないので、車両の全
運転領域で安定した車速制御を実現できる。
また特に、内燃機関の制御系（即ち開度算出手段）に
は、内燃機関の負荷トルクTlが制御入力として入力さ
れ、この負荷トルクTlにより、スロットル開度のフィー
ドフォワード制御を実現できることから、車速制御の応
答性を向上することもできる。
従って、本発明によれば、応答性及び安定性が優れ
た、従来にはない極めて有用な車速制御装置を提供する
ことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の構成を表すブロック図、第２図乃至第
６図は本発明の実施例を表し、第２図は車速制御装置全
体の構成を表す概略構成図、第３図は制御系を表すブロ
ックダイヤグラム、第４図は車速制御を表すフローチャ
ート、第５図は目標車速設定のために用いられるマップ
を表す線図、第６図は車速制御結果を表す線図、であ
る。 M1……目標車速設定手段（P1……目標車速設定部） M2、18……変速機 M3……車輪（24……駆動輪） M4、２……内燃機関 M5、８……スロットルバルブ M6……第１の演算手段（P2……駆動トルク算出部） M7……第２の演算手段（P3……内燃機関制御目標設定
部） M8……開度算出手段（P4……制御量設定部） M9……駆動手段、16……ステップモータ 42……電子制御回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】目標車速Vrを設定する目標車速設定手段を
    備え、車速Ｖが上記設定された目標車速Vrとなるよう、
    変速機を介して車輪を回転駆動する内燃機関のスロット
    バルブを開閉制御する車速制御装置において、 上記車速Ｖを状態変数として当該車両の挙動を表す物理
    モデルに基づき設定された次式（Ａ）で表される制御則
    に従って、上記車速Ｖと上記目標車速Vrとから車速Ｖを
    上記目標車速Vrに制御するのに必要な制御量ｕを算出す
    ると共に、該求められた制御量ｕと上記車両の走行抵抗
    とに基づき上記変速機出力側での駆動トルクを算出する
    第１の演算手段と、 該算出された駆動トルクと上記変速機の変速状態に基づ
    き上記内燃機関に加わる負荷トルクTlを算出すると共
    に、上記目標車速Vrと上記変速機の変速状態とに基づき
    上記内燃機関の目標回転速度Nrを算出する第２の演算手
    段と、 上記内燃機関の回転速度Ｎ及び吸気圧力Ｐを状態変数と
    して内燃機関の挙動を表す物理モデルに基づき設定され
    た次式（Ｂ）で表される制御則に従って、上記算出され
    た目標回転速度Nrと負荷トルクTl、上記内燃機関の回転
    速度Ｎ、及び吸気圧力Ｐから上記スロットルバルブの開
    度Ｓを算出する開度算出手段と、 該開度算出手段の算出結果に応じて上記スロットルバル
    ブを開閉駆動する駆動手段と、 を備えたことを特徴とする車速制御装置。 ｕ（ｋ）＝g1・Ｖ（ｋ）＋Σg2・（Ｖ（ｋ）−Vr） ＋g3・Vr …（Ａ） Ｓ（ｋ）＝f1・Ｎ（ｋ）＋f2・Ｐ（ｋ） ＋Σf3（Ｎ（ｋ）−Nr）＋f4・Nr＋f5（Tl（ｋ） ＋an4/an3）−（ap3/ap2）・Ｐ（ｋ）・Ｎ（ｋ） …（Ｂ） ここで、添字ｋは現時点の値を表し、g1〜g3,f1〜f5,an
    3,an4,ap2,ap3は定数である。
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