JP2751655B2

JP2751655B2 - 車両の自動運転装置

Info

Publication number: JP2751655B2
Application number: JP3081770A
Authority: JP
Inventors: 功村瀬; 亮下薗
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-03-20
Filing date: 1991-03-20
Publication date: 1998-05-18
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: JPH04291128A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シャシダイナモメー
タ上の車両を自動運転する装置、特にアクセルアクチュ
エータの制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】試験車両がしばしば変わる排気・燃費評
価実験のため、エアシリンダを用い小型・軽量・着脱容
易な自動運転装置が開発されている(昭和６１年１０月
自動車技術会発行、学術講演会前刷集８６２)。

【０００３】これを説明すると、この装置は、図２１に
示すように、試験車両４１のアクセルペダル４２,ブレ
ーキペダル４３,クラッチペダル４４およびシフトレバ
ー４５を指令ストロークに応じて駆動する複動式の各エ
アシリンダ４６からなるアクチュエータと、電磁弁ユニ
ット４８,前記エアシリンダ４６の数と同数だけ設けら
れる電磁弁駆動回路４９、８ビット１チップマイクロコ
ンピュータ５０からなるアクチュエータ制御部と、汎用
１６ビットパーソナルコンピュータ５５からなる主制御
部とから構成される。

【０００４】エンジンの回転数Ｎe,車速,エアシリンダ
４６の現在位置(ポテンショメータ４７にて検出される)
のほか外部指令の入力されるパーソナルコンピュータ５
５では、そのキーボードにより図Ｘ３に示した「ティー
チング(自動計測のこと)」、「自動運転」、「手動走行」、
「終了」の各操作を選択することができ、選択された動作
をコンピュータ内のＣＰＵが実行する。

【０００５】このうち、「ティーチング」には、変速機の
ギアチェンジ位置と各ペダル位置の２つのティーチング
があり、前者では、試験者が手動で変速機のシフトレバ
ー４５を操作してギアチェンジを行うことにより各ギア
位置がティーチングデータとしてコンピュータ内のメモ
リに記憶される。後者では装置がプログラムに基づいて
自動的に各ペダル４２〜４４を踏み込むことにより、ア
クセルペダル４２の遊び代、ブレーキペダル４３の効き
始め位置、クラッチのつながり位置などを記憶する。

【０００６】「自動運転」が選択されると、シャシダイナ
モメータからの実車速とメモリから要求される指令車速
を比較し、実車速が指令車速と一致するように、アクセ
ルペダル４２とブレーキペダル４３のいずれを操作すべ
きかを判別するとともに、各エアシリンダ４６に指令す
るタイミングと位置を決定する。エアシリンダ４６の指
令位置Ｌsはその現在位置Ｌiとともに、マイクロコンピ
ュータ５０に出力される。

【０００７】エアシリンダ４６の現在位置Ｌiが指令位
置Ｌsと一致するように制御を行うマイクロコンピュー
タ５０では、指令位置Ｌsと現在位置Ｌiの差ΔＬを求
め、このΔＬに応じた開弁時間をテーブルデータを参照
して決定する。かつΔＬに付される正負の符号に応じ
て、エアシリンダ４６を駆動させるための電磁弁(図２
３でＡ,Ａ’あるいはＢ,Ｂ’)を選択して開かせる。

【０００８】たとえば、図２３において、アクセルペダ
ル４２を踏み増すためにエアシリンダ４６のピストン４
６Ａを現在位置Ｌiより指令位置Ｌsに移動させるには、
電磁弁Ａ,Ａ’の側を選択し、これら電磁弁Ａ,Ａ’をΔ
Ｌに応じた開弁時間だけ開く。電磁弁Ｂ,Ｂ’の側は閉
じている。

【０００９】なお、電磁弁Ａ,Ａ’,Ｂ,Ｂ’は実際には
１個ずつではなく、図２４で示すように、例えば５kgf
／cm²ほどの空気圧が導入される入口５８Ａと大気圧に
解放される出口５８Ｂを設けたエアギャラリ５８に、２
つの電磁弁が並列に接続されたものである。これは、エ
アシリンダ４６のピストン４６Ａに作用する負荷と空気
流量が同じならば、電磁弁の数が増すほどピストン速度
が速くなるからである。クラッチペダル用のエアシリン
ダには、変速時間を短縮するため３つの電磁弁を対で用
いている。

【００１０】上記電磁弁Ａ,Ａ’の開弁により、５kgf／
cm²の空気圧が電磁弁Ａを経てエアシリンダ４６の右室
４６Ｂに加わる一方、左室４６Ｃの空気が電磁弁Ａ’を
経て大気に放出されると、ピストン４６Ａが指令位置Ｌ
sまで移動する。このピストン４６Ａの移動により、ワ
イヤ５６とリンク機構５７を介してアクセルペダル４２
が踏み増しされる。こうしたエアシリンダ４６の位置
制御にて、各ペダル４２〜４４とシフトレバー４５が動
作し自動運転が行なわれる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
装置では、実車速と指令車速を比較し、実車速が指令車
速と一致するように、エアシリンダ４６の位置制御を行
う構成であるため、試験車両に最適な制御ゲイン(指令
車速と実車速の偏差をエアシリンダの操作量(以下「スト
ローク」という）に変換する際の定数を設定する必要が
ある。

【００１２】この場合、車両が変わると、最適な制御ゲ
インの値も変わるので、試験車両ごとに制御ゲインを変
更しなければならない。このことは、シャシダイナモメ
ータの負荷条件が変更されたときも同様である。つま
り、最適な制御ゲインは車両ごとおよびメモリに記憶さ
せる指令車速のデータに応じて異なるため、その調整が
煩雑であり作業に長時間を要する。

【００１３】しかも、このようにして手間と時間をかけ
て制御ゲインを決定しても、環境温度が変動するとエン
ジンや車両に使われている油脂類の粘度特性変化に伴っ
てエンジン内部や動力伝達系統の機械効率も変化するた
め最適な制御ゲインが変化してしまう。

【００１４】この発明はこのような従来の問題点に着目
してなされたもので、自動運転に先立って、ティーチン
グに基づいてアクセルペダル等の出力制御機構の作動量
とエンジン出力トルクとの関係を供給する構成とし、自
動運転状態下では前記出力制御機構の作動量−トルクの
関係から導かれるトルク値を温度補正したうえでアクセ
ルアクチュエータ等に指令する制御値を決定することに
より、車両のセッティングに要する調整時間の短縮化を
図ると共に、温度変化に原因する誤差の発生を解消した
装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、図１に示したように、アクセルペダル１
を指令ストロークに応じて駆動するアクセルアクチュエ
ータ２と、車速を検出するセンサ３と、この車速の変化
速度を計算する手段４と、エンジンの回転数Ｎeを検出
するセンサ５と、ティーチングにより前記車速,その変
化速度およびそのときのエンジン回転数Ｎeを用いてエ
ンジンの出力トルクとこのトルクを発生させる出力制御
機構（例えばアクセルペダルや絞り弁）の作動量との関
係を提供する手段６と、指令車速のデータをあらかじめ
記憶する手段８と、この指令車速の変化速度を計算する
手段９と、これら指令車速およびその変化速度で車両が
走行するに必要な馬力を演算する手段１０と、この必要
馬力ＰＳから加減速の必要を判定する手段１１と、この
判定結果に基づき前記必要馬力ＰＳをそのときのエンジ
ン回転数Ｎeにてエンジン出力トルクＴに換算する手段
１２と、車両の所定部位の温度Ｔtを検出する手段１９
と、前記換算トルクを発生させる出力制御機構の作動量
を前記作動量−トルクの関係と前記検出温度Ｔtとに基
づいて演算する手段１３と、この演算した作動量に応じ
て前記アクチュエータ２に駆動指令を発する手段１４と
を備える。

【００１６】

【作用】上記構成において、シャシダイナモメータ上で
の試験車両を自動運転させるのに先立って、ティーチン
グにより車速,その変化速度およびそのときのエンジン
回転数を用いて、試験車両ごとにエンジン出力トルク
と、そのトルクを発生させるのに必要なアクセルペダル
あるいは絞り弁開度等の出力制御機構の作動量の関係が
供給される。

【００１７】走行モードなどの指令車速データに従う自
動運転状態に入ると、そのデータにより指定されている
指令車速とその変化速度にて車両が走行するのに必要な
馬力ＰＳが求められ、この馬力ＰＳから加速すべきかま
たは定常でよいか等が判定される。

【００１８】この判定結果に基づき前記必要馬力がその
ときのエンジン回転数にてエンジン出力トルクＴに換算
され、このトルクＴを発生させる出力制御機構の作動量
が前記作動量−トルクのテーブルを用いて演算される。

【００１９】この出力制御機構の作動量に対応してアク
セルアクチュエータ２が駆動指令され、その指令に応じ
てアクセルペダル１が踏み増しされると、加速しなけれ
ばならないとか定常でよいとかいった、要求に応じたト
ルクが発生する。

【００２０】このときに発生するトルクは、車両の所定
部位の温度、例えばエンジン油温や流体式自動変速機の
流体温度を考慮して制御されており、すなわちこれによ
り温度による摩擦損失や機械損失の影響が排除されてい
る。なお、このような温度補償操作は、出力制御機構の
作動量−トルクの関係から得られた作動量と、この作動
量を導くための換算トルクの何れに対して施しても同様
の結果が得られる。

【００２１】

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。実施例の機
構的な構成は概ね図２１と同じであり、パーソナルコン
ピュータ５５には、エンジン回転数Ｎe(点火信号パルス
の入力またはそのパルスの電圧変換入力より得られる)
とフィードバック信号としての実車速(タコジェネレー
タの電圧入力またはパルスジェネレータによるパルス入
力から得られる)が入力されるほか、パーソナルコンピ
ュータ５５のメモリには指令車速のデータ(たとえば１
０モード走行に必要となる経過時間と指令車速の関係を
表すテーブル)があらかじめ記憶されている。

【００２２】ただし、パーソナルコンピューター５５に
は、車両の温度条件として図２に示したようにエンジン
６０のオイルパン６１に取り付けられた温度センサ６２
からのエンジン油温信号、さらに流体式自動変速機付車
両の場合には自動変速機６３に取り付けられた温度セン
サ６４からのトルコン流体温度信号が入力される。

【００２３】また、パーソナルコンピュータ５５では、
従来と相違して、次の(１)〜(３)の動作が実行される。
この場合、(１)と(２)が自動運転に先立って実行する事
項、(３)が自動運転にて実行する事項である。以下この
順に説明する。

【００２４】(１)動力性能のティーチングによるテーブ
ルの作成これは、図１の作動量−トルク供給手段６の機能を果た
す部分で、所定のプログラムにしたがって実行する。こ
の場合、出力制御機構の作動量としてはアクセルアクチ
ュエータのストローク量を決定する。

【００２５】所定の車速またはエンジン回転数(たとえ
ば、低速、中速、高速の３種)にある定常走行または定
常状態からアクセルアクチュエータ(アクセルペダル用
のエアシリンダ)に異なるストロークを順次与え、その
各ストロークごとに車速の変化速度を測定し、その変化
速度と車速からエンジン出力トルクＴを算出する。

【００２６】たとえば、パーソナルコンピュータ５５か
らの指令により、図３で示すように、ストロークをＢ点
よりＡ点へと所定量だけ大きくすると、車速はＶ₁より
若干の遅れをもってΔt秒後にΔＶだけ上昇する。

【００２７】このときのエンジン出力馬力ＰＳは、次式
で計算される。ＰＳ＝Ｋ₁μrＷＶ＋Ｋ₂μc{ρ／(２g×３.６²)}ＡＶ³ ＋Ｋ₃{(Ｗ＋Ｗe)／g}Ｖα… ただし、式の符号の意味は下記の通りであり、車速お
よびその変化速度α(＝ΔＶ／Δt)以外の値は車両ごと
にパーソナルコンピュータ５５のメモリに入力してお
く。ＰＳ;必要馬力[Ｐs] Ｋ₁,Ｋ₂,Ｋ₃;定数 μr;タイヤのころがり抵抗係数Ｗ;車重[kgf] Ｖ;車速[km／h] μc;空気抵抗係数Ａ;車両の前面投影面積[m²] ρ;空気密度[kg／m³] g;重力の加速度[m／s²] Ｗe;回転部分の慣性相当重量[kgf] α;加速度[m／s²] 式のＰＳは車速Ｖと加速度αで車両が走行するのに必
要な馬力であり、右辺の第１項はころがり抵抗馬力、第
２項は風損抵抗馬力、第３項は加速抵抗馬力と称してい
る。

【００２８】一方、シャシダイナモメータ上で車両を走
行させる場合は、ころがり抵抗馬力と風損抵抗馬力の合
計は定常走行馬力と呼ばれ、シャシダイナモメータの動
力吸収馬力に等しい。このため、シャシダイナモメータ
を使用する場合には、式を用いなくとも、動力吸収馬
力を車速ごとに測定して求めたほうがより現実的であ
る。

【００２９】動力吸収馬力を測定するには、シャシダイ
ナモメータ上で車両を所定の車速まで上昇させた後、ギ
ヤをニュートラルにし、図４で示すように、アクセルア
クチュエータに指令するストロークを所定量小さくした
場合の減速度を測定する。この減速度と車速を式の第
３項でＷe＝０とした式に入れると、動力吸収馬力が計
算される。ここで求められる動力吸収馬力には、機械損
失やタイヤ損失等の損失馬力が含まれているため、この
動力吸収馬力は定常走行馬力そのものである。こうして
求めた動力吸収馬力(定常走行馬力)と車速の関係を図５
に示す。

【００３０】なお、シャシダイナモメータの動力吸収特
性が式にしたがわない場合の定常走行馬力は、図５を
内容とするテーブルを参照して補間計算により求め、こ
の値と式の第３項のみを計算した加速損失馬力との和
をこの場合の必要馬力ＰＳとして計算すればよい。

【００３１】こうして得られた定常走行または加速走行
時の必要馬力ＰＳ[Ｐs]はそのときのエンジン回転数Ｎe
[rpm]を用いて次式Ｔ＝(７１６.２／Ｎe)ＰＳ… によりエンジン出力トルクＴ[kgf]に換算し、この出力
トルクＴとこのＴを発生させるアクセルアクチュエータ
ストロークの関係を数表(テーブル)にする。

【００３２】図６にこのテーブルの内容を示す。エンジ
ン回転数が相違すると同一ストロークでもエンジン出力
トルクが変化するため、この例では、３種類のエンジン
回転数(低回転数,中回転数および高回転数)に対してテ
ーブルを作成している。ただし、車速が相違してもエン
ジン回転数が大きく変化しない場合は、１つのエンジン
回転数に対するテーブルだけで足りる。

【００３３】なお、自動変速機のように、エンジンと駆
動軸とが剛体でつながっていない場合は、キックダウン
が発生するので、複数の一定エンジン回転数に対して測
定できない場合がある。この場合には、測定可能なエン
ジン回転数(一般に高回転側)により求めたストローク−
トルクの特性を、無負荷時のエンジン回転数に対するス
トロークにより移動・補正して、低中回転数でのストロ
ーク−トルクの特性を作成する。図７にその例を示す。

【００３４】上記の無負荷時のエンジン回転数とストロ
ークの関係は、ストロークをゆっくり増していきつつ、
そのときのエンジン回転数を読み込むことで容易に得ら
れる。得られた結果はテーブルにする。図８にこのテー
ブルの内容を示す。

【００３５】(２)摩擦馬力のティーチングによるテーブ
ル作成これは減速時の制動力を決定するためのものであり、上
記の(１)と同様に所定のプログラムにしたがって実行す
る。

【００３６】所定の車速からアクセルアクチュエータを
アイドリング位置まで戻して、所定のギヤ位置のまま放
置し、そのときの減速度と車速から式の右辺第３項で
Ｗe＝０とした式を用いて減速馬力ＰＳα[Ｐs]を計算す
る。この減速馬力ＰＳαには定常走行馬力ＰＳ_R/L[Ｐs]
(式の第１項と第２項の和)が含まれるため、次の式Ｆ＝ＰＳα−ＰＳ_R/L … によりこれを差し引いた値をエンジン摩擦馬力Ｆ[Ｐs]
とする。そして、この摩擦馬力Ｆとエンジン回転数Ｎe
の関係をテーブルにする。ただし、この場合の減速馬力
ＰＳαは、減速度の符号(−)を正に置き換え、正の値と
して計算する。

【００３７】こうして求めた摩擦馬力−回転数のテーブ
ルの内容を図９に示す。なお、エンジン回転がアイドリ
ングまで達するとアイドル走行になり、この場合の馬力
が最小の値となる。この値はエンジン摩擦馬力とは符号
が反対のアイドル走行馬力でもある。式で摩擦馬力Ｆ
を計算する場合、右辺の第２項は前述した図５の特性か
ら読み取ることもできる。

【００３８】(３)ティーチングにより得られたテーブル
を用いての作動量の指令一般に各種のモード走行(たとえば１０モード走行とか
１１モード走行)では、指令車速Ｖと経過時間の関係が
数値化されているので、そのとおり運転すればよい。

【００３９】このため、ここでは与えられた指令車速と
その変化速度である加速度よりその指令車速とその変化
速度で車両が走行するに必要な馬力ＰＳを式を用いて
計算し、得られた必要馬力ＰＳをそのときのエンジン回
転数Ｎeから式によりエンジン出力トルクＴに換算す
る。このトルクＴから、すでにティーチングで得ている
３種のエンジン回転数ごとのストローク−トルクのテー
ブルを参照して補間計算によりストロークを求め、この
ストロークをアクセルアクチュエータに指令することを
基本とする。モード走行は加速,定常および減速の各走
行からなっており、定常および加速すべき場合はこの基
本どおりアクセルアクチュエータに指令ストロークを与
える。

【００４０】このようにしてストロークが指令される
と、シャシダイナモメータの同一条件で大幅な負荷変動
がない限り、通常はアクセルアクチュエータに対して指
令されたストロークに誤差の発生することはない。

【００４１】ただし、先にも述べたようにエンジンや駆
動系の温度によって摩擦損失及び伝達効率が変化するた
め、温度変化を伴う自動運転においてはアクセルアクチ
ュエータなど出力制御機構の作動量を補正する必要があ
る。そこで、ここでは図１０と図１１に示したように、
予め標準状態（２０度Ｃ）での出力トルクに対する当該
温度での出力比とエンジン潤滑温度との関係を示すテー
ブル、さらに自動変速機付車両の場合にはトルク伝達効
率とトルコン流体温度との関係を示すテーブルを用意し
ておき、それぞれを上記各センサ６２，６４からの検出
信号に基づいて検索及び補間計算してそのときの温度に
応じた出力比及び伝達効率に基づいて補正を行うように
している。この補正は、例えば図６または図７に示した
ストローク−トルクの関係を示すテーブルにおいて次の
式に基づいて検索時のトルクＴを補正することにより行
う。Ｔc＝Ｔ（１／η₁）（１／η₂） … ただし各記号の意味は次の通りである。

【００４２】Ｔc：補正後の出力トルク η₁：エンジン油温に応じた出力トルク比 η₂：自動変速機のトルコン流体温度に応じたトルク伝
達効率なお、ここでは温度条件としてエンジン油温と流体温度
を検出しているが、これに限らずエンジン冷却水温度や
変速機の雰囲気温度などを検出しても同様の補正が可能
であることは言うまでもない。

【００４３】ところで、減速すべき場合には、加速時と
は異なりアクセルペダルの操作だけで減速できるとは限
らず、さらにブレーキペダルを踏み込まないと所定の減
速ができないことがある。このため、減速すべき場合に
はアクセルペダルのみの操作で足りるか、あるいはブレ
ーキペダルの操作をも必要とするかを次のようにして判
断しなければならない。

【００４４】すなわち、減速しなければならない場合の
必要馬力ＰＳは負の値となり、かつ減速走行では摩擦馬
力Ｆがエンジンブレーキとして作用するので、この摩擦
馬力Ｆ(正の値として計算する)を必要馬力ＰＳに加算し
た結果が正または零となる場合は、エンジンブレーキだ
けで指令車速へと減速できることを意味する。この逆に
結果が負となる場合は、アクセルペダルを戻すだけでは
減速することができず、ブレーキペダルを踏み込んで制
動しなければならない。つまり、アクセルペダルを戻す
だけで減速可能かどうかを判断するために、上記(２)で
ティーチングにより摩擦馬力Ｆをテーブル化したのであ
る。

【００４５】しかも、エンジンブレーキで減速できる領
域ではエンジン出力トルクは負であり、負のトルクをテ
ィーチングにより得るのは煩雑であるため、次の方法を
用いて、この領域でのアクセルアクチュエータへの指令
ストロークを決定する。

【００４６】まず、そのときのエンジン回転数Ｎeにお
ける摩擦馬力Ｆ[Ｐs]を、図９を内容とするテーブルか
ら、またそのときのエンジン回転数Ｎeを得る無負荷時
のストロークＳ_N[mm]を、図８を内容とするテーブルか
らそれぞれ補間計算にて求める。

【００４７】いま、指令車速とその変化速度である減速
度から計算される必要馬力ＰＳ[Ｐs]が負で、かつその
絶対値(｜ＰＳ｜)が摩擦馬力Ｆよりも小さい場合には、
Ｆ−｜ＰＳ｜に相当する馬力分だけアクセルペダルを戻
さなければならないので、ＰＳ＝０のときストローク
(このストロークをＳ_Nとする)が最大となる。これに対
して、Ｆ＝｜ＰＳ｜のときはアイドリング状態(ただ
し、アクセルペダルとアクセルアクチュエータ間の遊び
代を含まない)つまり摩擦馬力Ｆが必要馬力ＰＳとバラ
ンスしている状態であるから、最小のストロークであ
る。

【００４８】したがって、この最大と最小のストローク
間を直線近似し、その間にあるＦ−｜ＰＳ｜に対するス
トロークＳ_X[mm]を補間計算により求めるとするなら
ば、Ｆ−｜ＰＳ｜:Ｆ＝Ｓ_X:Ｓ_Nより次式にてＳ_Xが計算
されることになる。Ｓ_X＝Ｓ_N・(Ｆ−｜ＰＳ｜)／Ｆ … 図１２はこの式を図解したものである。図中の点Ａが
最大ストローク、点Ｂが最小ストロークを与える。な
お、アクセルアクチュエータを設置する際に変化するア
クセルペダル〜アクセルアクチュエータ間の遊び代Ｓi
は、全体を通して差し引いて考え、アクセルアクチュエ
ータに指令するときに加算する方式をとっている。この
遊び代Ｓiは、ティーチングによりエンジンをアイドリ
ング状態としてストロークを徐々に増した場合に、エン
ジン回転数が上昇を開始する直前のストロークの値に相
当する。この値は遊び代Ｓiとして記憶しておく。

【００４９】図１３はあらかじめ定められたモード走行
にしたがって自動運転させる場合の制御動作を示す流れ
図で、パーソナルコンピュータ５５のＣＰＵに与えるも
のである。

【００５０】Ｓ１では、エンジン回転数Ｎeとともに、
フィードバックデータとしての実車速及びエンジンオイ
ル温度等を読み込む。

【００５１】Ｓ２ではメモリに入っている指令車速のデ
ータを参照して、モード走行に入ってからの経過時間に
応じた指令車速Ｖを読み込むとともに、この指令車速Ｖ
の変化速度(加速度または減速度)αを計算する。この変
化速度αを計算する部分は図１と図２の変化速度計算手
段９の機能を果たす部分である。

【００５２】Ｓ３とＳ４は図１の必要馬力演算手段１０
の機能を果たす部分である。まずＳ３では指令車速Ｖに
対する定常走行馬力を図５を内容とする車速−定常走行
馬力のテーブルを参照して補間計算により求める。

【００５３】Ｓ４ではこの定常走行馬力と式の第３項
から計算した加速損失馬力との和から必要馬力ＰＳを求
める。

【００５４】Ｓ５は減速制御のための摩擦馬力を演算す
る部分で、ここではそのときのエンジン回転数Ｎeに対
する摩擦馬力Ｆを図９を内容とする馬力−回転数のテー
ブルを参照して補間計算により求める。

【００５５】Ｓ６では摩擦馬力ＦとＳ４で得た必要馬力
ＰＳの和ＰＳ＋Ｆを計算する。

【００５６】Ｓ７は減速時にアクセルペダルを戻すだけ
でよいか、あるはブレーキペダルをも操作しなければな
らないかの判定をする部分で、ここではＰＳ＋Ｆの値を
みてＰＳ＋Ｆ≧０であれば、エンジンブレーキだけで減
速できると判断してＳ８に進み、この逆にＰＳ＋Ｆ＜０
ならエンジンブレーキだけでは不足でブレーキペダルを
も踏み込んで制動しなけば減速できないと判断してＳ１
５に進む。

【００５７】Ｓ８は図１の判定手段１１の機能を果たす
部分で、ここでは必要馬力ＰＳの値をみて、ＰＳ≧０な
ら加速しなければならないか定常のままでよいと判断し
てＳ９に進み、この逆にＰＳ＜０なら減速しなければな
らないと判断してＳ１２に進む。

【００５８】Ｓ９は図１のトルク換算手段１２の機能を
果たす部分で、ここではそのときの回転数Ｎeから式
を用いて、Ｓ４で得た必要馬力ＰＳをエンジン出力トル
クＴに換算する。

【００５９】Ｓ９’は上述したように図１０及び図１１
を内容とするテーブルを検索し、補間計算により得た出
力比に基づいてＳ９で得た換算トルクＴを補正し、Ｔc
を得る。

【００６０】Ｓ１０は図１のストローク演算手段１３の
機能を果たす部分で、ここでは同じくそのときの回転数
ＮeとＳ９’で得たトルクＴcから図６(または図７)を内
容とするストローク−トルクのテーブルを参照して補間
計算により、このトルクを発生させるアクセルアクチュ
エータストロークを求める。このテーブルにより図１の
作動量−トルク供給手段６の機能が果たされる。

【００６１】Ｓ１１は図１の作動量指令手段１４の機能
を果たす部分で、ここでは指令ストロークをアクセルア
クチュエータに出力する。

【００６２】Ｓ１２〜Ｓ１４は減速制御に関する流れで
あり、まずＳ１２では無負荷時のエンジン回転数に対す
るストロークＳ_Nを、図８を内容とする回転数−ストロ
ークのテーブルを参照して補間計算により求める。

【００６３】Ｓ１３では式を用いて、減速しなければ
ならない場合の指令ストロークＳ_Xを直線近似の補間計
算により求める。

【００６４】Ｓ１４ではＳ１３で得た指令ストロークＳ
_Xを次式により、指令車速Ｖと実車速とのずれΔＶで補
正する。Ｓ＝Ｓ_X＋ＫΔＶ … ただし、式でＫは定数である。

【００６５】これは、Ｓ_Xに直線近似に基づく若干のず
れを補償するためである。

【００６６】一方、Ｓ７でＰＳ＋Ｆ＜０の場合は、アク
セルペダルを戻しただけでは、減速できないと判断し
て、Ｓ１５に進む。

【００６７】Ｓ１５は図２のストローク演算手段３０と
ストローク指令手段３１の機能を果たす部分である。こ
こではブレーキアクチュエータ(ブレーキペダル用のエ
アシリンダ)に所定のストロークを与えることにより減
速させる。この場合、同時にアクセルペダルを所定量だ
け戻すようにすることもできる。

【００６８】ここで、この例の作用を説明する。

【００６９】この例では、シャシダイナモメータ上での
試験車両を自動運転させるのに先立って、ティーチング
により実車速,その変化速度およびそのときのエンジン
回転数を用いて、その車速およびその変化速度で車両が
走行するのに必要なエンジン出力トルクとこのトルクを
発生させるアクセルアクチュエータストロークの関係
が、試験車両ごとにテーブルにされてメモリに記憶され
る。

【００７０】「自動運転」に入ると、走行モードにより指
定されている指令車速とその変化速度より、加速しなけ
ればならないかまたは定常走行に必要とされるエンジン
出力トルクＴが求められ、その温度補正した出力トルク
Ｔcを発生させるアクセルアクチュエータストロークが
前記ストローク−トルクのテーブルを参照して求められ
る。

【００７１】このストロークがアクセルアクチュエータ
に指令され、その指令ストロークに応じてアクセルペダ
ルが踏み増しされると、加速しなければならないとか定
常でよいといった、要求に応じたトルクが発生する。

【００７２】この場合の車速制御はテーブルデータに基
づくオープンループ制御であり、実車速に基づくフィー
ドバック制御ではない。このため、試験車両ごとに、制
御ゲインを合わせる作業は不要となる。モード走行の違
いに伴うシャシダイナモメータの条件(慣性相当重量等)
の変更についても、この条件をパーソナルコンピュータ
のキーボード等から入力できるようにしておくことによ
り、各種のモード走行に合わせてシャシダイナモメータ
の条件を打ち込むだけで対応することができる。

【００７３】言い替えると、試験車両と各種のモード走
行ごとに試験者が制御ゲインを調整しなければならない
作業を、ティーチングによるテーブル作成作業に置き換
え、このテーブル作成作業をパーソナルコンピュータに
行わせることにより、試験走行を行う際の工数を大幅に
低減したのである。

【００７４】なお、始動時の暖機システムが装備されて
いるエンジンでは、暖機中はアクセルペダルが同じアイ
ドリング位置にあっても、回転数が所定値(たとえば１
５００rpm)までアップするように出力が増加されるの
で、このシステムの作動中は、暖機後にティーチングに
より得たストローク−トルクのテーブルを用いて指令ス
トロークを求めたのでは、指令車速への追随性が悪くな
る。

【００７５】しかしながら、こうした場合でも次のよう
にすれば極めて容易に暖機補正を行うことができる。す
なわち、暖機中のエンジン状態で走行し、そのときの車
速から図５を内容とするテーブルを用いて補間計算によ
り発生馬力ＰＳＤ[Ｐs]を求め、この発生馬力ＰＳＤ
を、始動からの経過時間tとともにテーブルにする。こ
のＰＳＤを時間tの関数としてＰＳＤ(t)とおけば、次式
により始動からt秒後の馬力のずれ分ＰＳＨ[Ｐs]が計算
される。ＰＳＨ＝ＰＳ−ＰＳＤ(t) … したがって、エンジンの始動から始まる走行モードの場
合には、このずれ分ＰＳＨを図１１のＳ９において必要
馬力ＰＳに加算することで暖機補正を行えば良い。た
だ、式のＰＳＤ(t)は走行条件によっても変わるた
め、個々のモードで変化させるほうが実用的ではある。

【００７６】一方、走行モードが減速すべき場合におい
ては、エンジンブレーキだけで減速可能か、それだけで
は不足でさらにブレーキペダルにより制動しなければな
らないかが区別され、エンジンブレーキだけでは減速で
きない場合に限って、ブレーキペダルによる制動が行な
われる。これにより無駄なブレーキングを防いで、制動
機構を摩耗させる機会が少なくされる。

【００７７】また、エンジンブレーキだけで減速可能で
あるといっても、負の値を有する必要馬力から面倒な計
算をして負のエンジン出力トルクを求めることは応答性
を悪くしたり装置を複雑化してしまうことになるが、こ
の例のように式を用いた近似計算にて減速時の指令ス
トロークが求められると、面倒な計算が不要となり、こ
れにて装置の応答性を良好に保つとともに装置を簡素に
することができる。

【００７８】実施例では、モード走行の場合で説明した
が、モード走行以外にも、車載状態での車両の各種動力
性能を比較することなども、これに合わせて指令車速デ
ータを変更することにより容易に行うことができる。

【００７９】ところで、上記実施例は出力制御機構の作
動量としてアクセルペダルを駆動するアクセルアクチュ
エータのストローク量を決定するようにした例である
が、出力制御機構の作動量としてはこれに限らず、絞り
弁の開度を適用することもできる。

【００８０】図１４は絞り弁による出力制御機構の構成
例を示したもので、６０はエンジン本体、６５は吸気
管、６６は吸気管６５の途中に設けられた絞り弁、６７
は絞り弁をアクセルペダル１に連結しているワイヤー、
６８は絞り弁６６の開度を検出する開度センサである。
アクセルアクチュエータ２によりアクセルペダル１が踏
み込まれると、その動きがワイヤー６７を介して絞り弁
６６に伝達され、アクセルペダル１の踏み込み量、つま
りアクセルアクチュエータ２のストロークに応じて絞り
弁６６の開度が増大する。このときの絞り弁開度は開度
センサ６８を介して制御装置（パーソナルコンピュータ
５５）にフィードバックされ、指令値とのずれを補正す
る方向に帰還制御される。なお、このように絞り弁６６
とアクセルペダル１とが機械的に連結した構成にあって
は、図１５に示したように両者が特定の対応関係をもつ
ことになるので、開度をフィードバックすることなく、
オープンループで絞り弁６６の開度を制御するようにし
てもよい。

【００８１】一方、この絞り弁開度とエンジンの出力ト
ルクとの関係を付与する手法としては種々のものが考え
られるが、一例としてホストコンピュータから与えたエ
ンジンデータに基づいてパーソナルコンピュータ５５に
て算出するものについて説明する。前記ホストコンピュ
ータとはパーソナルコンピュータ５５に対して上位に位
置する比較的大型のコンピュータのことであり、その保
有するエンジン性能データをＲＳ２３２Ｃ等の汎用通信
回線を経由してパーソナルコンピュータ５５に付与する
ようにする。ホストコンピュータには予めエンジンの機
種毎に単体性能実験から求めた全性能曲線線図（図１６
を参照。）に相当する情報を記憶させておき、自動運転
試験に供する車両のエンジンに応じてその都度呼び出し
て利用するのである。

【００８２】このようにして呼び出したエンジンデータ
に基づき、パーソナルコンピュータ５５では、図１６に
示したようにＮ１〜Ｎ３の３種類のエンジン回転数毎に
Ｎ１₀〜Ｎ１_n、Ｎ２₀〜Ｎ２_n、Ｎ３₀〜Ｎ３_nという具合
に０〜ｎまでの多段階の絞り弁開度（負荷）に対応した
トルクを検索し、これを並べ変えて図１７に示したよう
な絞り弁開度−トルクのテーブルを作成する。

【００８３】この図１７のテーブルは、第１の実施例に
おける図６のストローク−トルクのテーブルに相当す
る。テーブル作成後の自動運転の内容については第１の
実施例と同様である。図１８はその制御内容を示した流
れ図であり、必要なトルクを得るための出力制御装置の
作動量としてアクセルアクチュエータのストロークに代
えて絞り弁開度を算出している点で図１３と異なる。

【００８４】次に、上記各実施例の自動運転装置に適用
することが望ましい安全装置について説明する。

【００８５】一般に自動運転装置はエンジン制御系統が
何らかの異常を来したときの安全を図るために、車速、
エンジン回転速度、目標値からの車速偏差等を周期的に
監視し、これらが規定値から外れたときにアクセルを戻
す、クラッチを切る、変速機をニュートラル位置に移動
させる等の制御を実行するようになっており、さらに制
御回路が誤動作した場合に備えて別系統のバックアップ
回路を用意して万全を図るようにしている。

【００８６】図１９はこのような安全動作機能を備えた
自動運転装置の回路構成概念を示したもので、図中５５
は自動運転用のパーソナルコンピュータ、７１a，７１b
はインターフェイスボード、７２はＤＣ電源７２a，リ
レー−入出力回路７２b，電源リレー７２c，警報ブザー
７２d，コンパレータ７２e，７２f，アンプ７２g等から
なる電源ボックス、７３はサーボユニット及びアクチュ
エータ（エアシリンダ）、５０はサーボ駆動制御用のコ
ンピュータ、４８はアクチュエータの作動空気を制御す
るサーボ用電磁弁ユニットである。３と５はそれぞれ走
行制御用の車速センサとエンジン回転数センサであり、
これらの信号はコンピュータ５５に入力される。７８は
シャシダイナモのローラ回転速度を検出するためのタコ
ジェネレータであり、その出力は電源ボックス７２内の
アンプ７２fに入力される。

【００８７】このような構成において、コンピュータ５
５が正常に動作している場合には上述したように周期的
に車速、エンジン回転数、車速目標値からの偏差が規定
値から外れているか否かが監視され、外れている場合に
はアクセルペダルを戻し、クラッチを切り、変速機をニ
ュートラル位置に移動させる等の安全動作を実行すると
ともに、図示しないディスプレイに非常停止のメッセー
ジ等を出力する。

【００８８】これに対して、電源電圧の降下や外部から
のノイズの侵入等に原因してコンピュータ５５が異常動
作したりプログラム暴走を起こしたりした場合には、上
述したような安全動作は期待できない。

【００８９】このような場合には、第２の安全動作とし
て、シャシダイナモメータのローラ回転を検出するタコ
ジェネレータ７８からの信号に基づき、コンパレータ７
２eにより設定された所定車速以上の車速となったとき
にこれを検知してリレー７２cを駆動し、電源ラインを
遮断する。

【００９０】このとき、警報ブザー７２dを駆動するコ
ンパレータ７２fは設定車速がコンパレータ７２eよりも
低く設定されており、従って電源遮断が起こるよりも前
にブザーが作動し、電源遮断に先立ってこれを予告す
る。なお、図示しないがこのような自動運転制御とは独
立した系統による電源遮断制御は、車速だけでなくエン
ジン回転の検出をも併用することにより一層確実性が向
上する。

【００９１】ところで、このように車速を検知して電源
を遮断した場合、車両が高速走行状態を続けようとする
ことがあるので必ずしも安全性が確保されない。そこ
で、このような事態に備えて、サーボユニット及びアク
チュエータ７３を図２０のように構成する。

【００９２】これはアクセルペダル１を制御するアクチ
ュエータの例であり、エアシリンダ４６の構成としては
図２３のものと概ね同様である。ただし、エアシリンダ
４６に対して、電磁弁Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’からなる電磁
弁ユニット４８の他に、エアシリンダ左室４６Ｃを大気
に開放する通路８１とこれを開閉する電磁弁８２、エア
シリンダ右室４６Ｂを電磁弁ユニット４８とは独立して
空気供給源であるエアタンク８３に接続する通路８４と
これを開閉する電磁弁８５を設け、かつ前記各電磁弁８
２，８５を常開型としてある点で異なる。

【００９３】正常時には各電磁弁８２，８５ともに通電
されて各々の通路８１，８４を閉ざしているので、エア
シリンダ４６に対しては電磁弁ユニット４８を介して本
来の自動運転制御のための作動空気制御が行われる。こ
れに対して、上述したようにして非常停止による電源遮
断がなされると、電磁弁８２，８５が共に開放して通路
８１，８５を開放するので、アクセルペダル１に対して
踏み込み側であるエアシリンダ左室４６Ｃが大気に開放
されると共に、同じく戻し側である右室４６Ｂにはエア
タンク８３からの作動空気が供給されるため、ピストン
４６Ａが左方へと移動し、これによりアクセルペダル１
はアイドル位置へと復帰することになる。従って、電源
遮断に対しても確実にエンジンの暴走を防止することが
可能である。

【００９４】なお、アクセルペダルのみならず、クラッ
チペダル及びブレーキペダルに対しても同様の安全装置
を設けることが望ましいことは言うまでもないが、これ
らはアクセルペダルとは異なり、それぞれペダルを踏み
込むことによりエンジン駆動力を遮断し、または制動装
置を作動させるのであるから、図２０に示したものとは
エアシリンダ４６の作動方向を逆とし、すなわち電源遮
断時には右室４６Ｂを大気に開放するとともに、左室４
６Ｃにエアタンク８３の作動空気を供給するように図
る。

【００９５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではティー
チングによりエンジン出力トルクとこのトルクを発生さ
せるのに必要なアクセルアクチュエータストロークある
いは絞り弁開度等の出力制御機構の作動量の関係を供給
する一方、指令車速のデータにしたがう自動運転に入る
と、前記作動量−トルクの関係を用いてアクセルアクチ
ュエータあるいは吸気絞り弁等の出力制御機構の作動量
指令値を決定するため、試験走行を行う際の工数が大幅
に低減される。しかも、このときに発生するエンジン出
力トルクは、必要馬力からの換算結果を車両の所定部位
の温度、例えばエンジン油温や流体式自動変速機の流体
温度によって補正した値に基づいて制御するようにした
ので、温度による摩擦損失や機械損失の影響を排除で
き、従って温度条件のいかんにかかわらず精度の高い自
動運転を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーム対応図

【図２】本発明の第１実施例のエンジン油温センサと自
動変速機の流体温度センサの取付状態を示す概略構成図

【図３】第１実施例のアクセルアクチュエータストロー
クを変化させた場合の車速変化を示す波形図

【図４】第１実施例のアクセルアクチュエータストロー
クを変化させた場合の車速変化を示す他例の波形図

【図５】第１実施例の車速に対する動力吸収馬力のテー
ブル内容を示す特性図

【図６】第１実施例のアクセルアクチュエータストロー
クに対するエンジン出力トルクのテーブル内容を示す特
性図

【図７】第１実施例のアクセルアクチュエータストロー
クに対するエンジン出力トルクのテーブル内容を示す他
例の特性図

【図８】第１実施例の無負荷時エンジン回転数に対する
アクセルアクチュエータストロークのテーブル内容を示
す特性図

【図９】第１実施例のエンジン回転数に対する摩擦馬力
のテーブル内容を示す特性図

【図１０】エンジン油温に対する出力トルク比のテーブ
ル内容を示す特性図

【図１１】自動変速機のトルコン流体温度に対するトル
ク伝達効率のテーブル内容を示す特性図

【図１２】第１実施例の減速すべき場合のアクセルアク
チュエータストロークを求める方法を説明するための特
性図

【図１３】第１実施例の制御動作を説明するための流れ
図

【図１４】本発明の第２の実施例の出力制御機構の概略
構成図

【図１５】第２実施例のアクセルアクチュエータのスト
ロークに対する絞り弁開度の特性図

【図１６】エンジン回転数毎の軸トルクと絞り弁開度の
関係を示したエンジン全性能曲線線図

【図１７】第２実施例の絞り弁開度に対するエンジン出
力トクルのテーブル内容を示す特性図

【図１８】第２実施例の制御動作を説明するための流れ
図

【図１９】上記各実施例に適用する安全装置を説明する
ための自動運転装置の回路構成概念図

【図２０】上記各実施例に適用するエアシリンダ装置の
概略図

【図２１】従来例の全体構成図

【図２２】従来例の主制御部の流れ図

【図２３】従来例のエアシリンダ装置の概略図

【図２４】従来例の電磁弁ユニットの詳細図

【符号の説明】

１アクセルペダル２アクセルアクチュエータ３車速センサ４変化速度計算手段５エンジン回転数センサ６作動量−トルク供給手段８指令車速データ記憶手段９変化速度計算手段１０必要馬力演算手段１１判定手段１２トルク換算手段１３作動量演算手段１４作動量指令手段１９温度センサ２１ブレーキペダル２２ブレーキアクチュエータ２３馬力−回転数数表化手段２４馬力−回転数数表記憶手段２５摩擦馬力演算手段２６減速判定手段２７和計算手段２８判定手段２９ストローク演算手段３０ストローク演算手段３１ストローク指令手段４２アクセルペダル４３ブレーキペダル４６エアシリンダ４８電磁弁ユニット４９電磁弁駆動回路５０マイクロコンピュータ５５パーソナルコンピュータ６２エンジン油温センサ６４流体温度センサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アクセルペダルを指令ストロークに応じ
て駆動するアクセルアクチュエータと、車速を検出する
センサと、この車速の変化速度を計算する手段と、エン
ジンの回転数を検出するセンサと、ティーチングにより
前記車速,その変化速度およびそのときのエンジン回転
数を用いてエンジンの出力トルクとこのトルクを発生さ
せる出力制御機構の作動量との関係を供給する手段と、
指令車速のデータをあらかじめ記憶する手段と、この指
令車速の変化速度を計算する手段と、これら指令車速お
よびその変化速度で車両が走行するに必要な馬力を演算
する手段と、この必要馬力から加減速の必要を判定する
手段と、この判定結果に基づき前記必要馬力をそのとき
のエンジン回転数にてエンジン出力トルクに換算する手
段と、車両の所定部位の温度を検出するセンサと、前記
換算トルクを発生させる出力制御機構の作動量を前記作
動量−トルクの関係と前記検出温度とに基づいて演算す
る手段と、この演算した作動量に応じて前記アクセルア
クチュエータを駆動指令する手段とを備えることを特徴
とする車両の自動運転装置。
【請求項２】出力制御機構の作動量を演算する手段
は、検出温度に基づいて補正した換算トルクと作動量−
トルクの関係とから作動量を演算するように構成したこ
とを特徴とする請求項１に記載の車両の自動運転装置。