JP2867812B2

JP2867812B2 - 車両の自動運転装置

Info

Publication number: JP2867812B2
Application number: JP4253071A
Authority: JP
Inventors: 功村瀬
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: JPH06102147A

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た小型・軽量・着脱
容易な自動運転装置が開発されている。この装置は、図
１２に示すように、試験車両４１のアクセルペダル４
２，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。

【０００３】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５５では、そのキーボードにより図１３に示した「テ
ィーチング」、「自動走行」、「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。

【０００４】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もとづ
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。

【０００５】「自動走行」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
速をつき合わせ、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４
６の指令位置はその現在位置とともに、マイクロコンピ
ュータ５０に出力され、マイクロコンピュータ５０で
は、エアシリンダ４６の現在位置が指令位置と一致する
ようにフィードバック制御を行う。

【０００６】この場合に、エアシリンダ４６の位置フィ
ードバック制御のためには、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
設定する必要があり、車両が変わると、最適な制御ゲイ
ンの値が変わるので、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
でありかつ大変な時間がかかるのである。

【０００７】そこで、特開平３−２３３３３９号公報で
は、自動走行に先立ち、ティーチングによりアクセルペ
ダル用エアシリンダ（アクセルアクチュエータ）に指令
するストロークとエンジン出力トルクとの関係やブレー
キペダル用エアシリンダ（ブレーキアクチュエータ）に
指令するストロークとブレーキ力の関係を求めて、これ
を数表（テーブル）として記憶しておき、自動走行に入
ると、加速時や定常時にアクセルアクチュエータストロ
ークとエンジン出力トルクのテーブル（簡単にストロー
ク−トルクのテーブルという）を参照してアクセルアク
チュエータに指令するストロークを決定し、またエンジ
ンブレーキでは減速しきれない減速時になると、ブレー
キアクチュエータストロークとブレーキ力のテーブル
（簡単にストローク−ブレーキ力のテーブルという）を
参照してブレーキアクチュエータに指令するストローク
を決定している。

【０００８】この場合の制御はテーブルデータに基づく
オープンループ制御になるため、試験車両ごとに制御ゲ
インを合わせる作業が不要となり、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
キーボードで打ち込めるようにしておくことで、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のである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の装置
では、動力性能のテーブル（ストローク−トルクのテー
ブルとストローク−ブレーキ力のテーブル）を作成する
のに３０分程度もの時間を要することになっている。た
とえばストローク−トルクのテーブルを作成するため、
所定の車速またはエンジン回転数（たとえば低速、中
速、高速の三種）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を算出するので
は、テーブル精度をよくしようとストロークの間隔を細
かくするほど、テーブルの作成に多大の時間がかかって
しまうのである。

【００１０】また、動力性能のテーブルを作成すること
なしに、試験車両をモード走行させることもできない。

【００１１】そこでこの発明は、動力性能のテーブル
を、フィードバック制御によるモード走行中に作成する
ことにより、自動運転に要する時間の短縮をはかること
を目的とする。

【００１２】第１の発明は、図１で示すように、試験車
両の各ペダル（アクセルペダル，ブレーキペダルおよび
クラッチペダル）とシフトレバーを指令ストロークに応
じて駆動するアクチュエータを用い、ティーチング後に
指令車速のデータに従う走行モードでシャシダイナモメ
ータ上の試験車両を運転するようにした車両の自動運転
装置において、実車速が指令車速データと一致するよう
に、前記アクチュエータへの指令ストロークを、実車速
と指令車速データの偏差に応じて制御することにより行
わせる走行であるフィードバック制御によるモード走行
を行わせる手段１と、このモード走行中に動力性能（エ
ンジン出力トルクとブレーキカの性能）を演算し、その
動力性能と前記アクチュエータのそのときの実際のスト
ロークとを対応させて記憶する手段２と、これら対応さ
せて記憶させたデータを用いて動力性能のテーブル（ス
トロークートルクのテーブルとストロークーブレーキ力
のテーブル）３を作成する手段４と、指令車速データと
エンジン回転数からこの動力性能のテーブル３を参照し
て、指令車速データで走行するに必要な動力性能を求
め、その動力性能が得られるように指令ストロークを決
定し、その指令ストロークを前記アクチュエータに与え
ることにより行わせる走行である動力性能参照によるモ
ード走行を行わせる手段５と、前記フィードバック制御
によるモード走行と前記動力性能参照によるモード走行
とを選択的に切替える手段６とを設けた。

【００１３】

【作用】動力性能のテーブルが、モード走行の前のティ
ーチングの段階に作成されるのではなく、ティーチング
後のフィードバック制御によるモード走行中に作成さ
れ、モード走行の１サイクルの走行終了後にそのモード
走行に必要な動力性能のテーブルが完成すると、ティー
チングの段階で動力性能のテーブルを作成する必要がな
いため、テーブル作成に要する時間が短縮される。

【００１４】また、フィードバック制御によるモード走
行手段を設けているため、動力性能のテーブルがなくて
も試験車両が運転される。

【００１５】

【実施例】実施例の機構的な構成はほぼ図１２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１０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。

【００１６】パーソナルコンピュータ５５では、次の
〈１〉〜〈４〉の動作を実行する。図２にパーソナルコ
ンピュータ５５が実行する内容を示すと、〈１〉はティ
ーチング４で、〈２〉〜〈４〉は自動走行５でそれぞれ
実行される。なお、図２において、ティーチング４、自
動走行５、手動走行６、終了７にぶら下がっているブロ
ックはその上の４〜６の各内容を取り出したものであ
る。

【００１７】〈１〉ティーチングアクチュエータなどの装置を試験車両に設置した後、所
定の動作を行わせることにより、ギア位置、各ペダル用
のアクチュエータの遊びを補正するともに、シャシダイナモメータ（図ではＣ／Ｄで示す）の動力
吸収馬力と車速の関係、無負荷時のエンジン回転数とアクセルアクチュエータ
ストロークの関係、エンジン摩擦馬力とエンジン回転数の関係を表すデータをそれぞれサンプリングし、これらのデー
タから図３〜図５を内容とするテーブルを作成し記憶す
る（図２の４Ａ）。これらは数分で終わる。これらの詳
細は従来と同じである。

【００１８】ただし、ティーチングの段階では、後述す
る動力性能のテーブルを作成していない点が従来と相違
している。

【００１９】次に、上記の自動走行には、「フィードバ
ック制御（たとえばＰＩＤ制御）によるモード走行」と
「動力性能参照によるモード走行」がある。ここで、
「フィードバック制御によるモード走行」とは、実車速
が指令車速データと一致するように、車両の各ペダルと
シフトレバーを駆動するアクチュエータへの指令ストロ
ークを、実車速と指令車速データの偏差に応じて制御す
ることにより行わせる走行のことをいう。これに対し
て、「動力性能参照によるモード走行」とは、指令車速
データとエンジン回転数から動力性能のテーブルを参照
して、指令車速データで走行するに必要な動力性能を求
め、その動力性能が得られるように指令ストロークを決
定し、この指令ストロークを車両の各ペダルとシフトレ
バーを駆動するアクチュエータに与えることにより行わ
せる走行をいう。なお、モード走行は、指令車速データ
に従う走行のことである。以下、〈２〉でＰＩＤ制御に
よるモード走行を、また後述する〈４〉で動力性能参照
によるモード走行を具体的に説明する。〈２〉ＰＩＤ制御によるモード走行走行法を切替えてＰＩＤ制御（比例積分微分制御）によ
るモード走行を選択する（図２の５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）。
なお、この走行モードは、後述する動力性能参照による
モード走行と同じモード走行である。

【００２０】図６にＰＩＤ制御での指令値の流れを示す
と、アクセルアクチュエータへの指令ストロークＬｓ
は、指令車速Ｖｓと実車速Ｖｉの偏差ΔＶ（＝Ｖｓ−Ｖ
ｉ）から、

【数１】ただし、Ｋａ；所定値（たとえばアクチュエータの遊び
代）Ｋ_P；比例定数Ｋ_I；積分定数Ｋ_d；微分定数により求められ、これがアクチュエータ制御装置に指令
されると、アクチュエータ制御装置では、指令ストロー
クＬｓと実際のストロークＬｉとが一致するようにアク
セルアクチュエータが動かされる。

【００２１】アクセル操作だけでは減速できないときは
（指令ストロークＬｓが所定値Ｋａより所定量小さけれ
ばアクセルペダルを一杯まで戻しても減速できないと判
断する）、ブレーキアクチュエータへの指令ストローク
Ｌ_Bが偏差ΔＶ_B（＝Ｖｉ−Ｖｓ）から、

【数２】Ｋ_B；所定値（たとえばアクチュエータの遊び代）Ｋ_PB；比例定数Ｋ_IB；積分定数Ｋ_dB；微分定数により求められ、これがアクチュエータ制御装置に指令
される。このときは、アクセルペダルを一杯まで戻した
状態で、ブレーキペダルが踏み込まれるわけである。

【００２２】上記の，式の計算の周期Δｔはたとえ
ば１０ｍｓである。

【００２３】〈３〉動力性能の演算・記憶とテーブル作
成ＰＩＤ制御によるモード走行中に、所定時間のインター
バルで動力性能を演算・記憶するとともに動力性能テー
ブルを作成する（図２の５Ｄ，５Ｅ）。図７に動力性能
演算・記憶５Ｄでの詳細を示す。図において、実車速Ｖ
ｉ［ｍ／ｓ］の時間変化率すなわち加速度α［ｍ／
ｓ²］を求め、これらの値α，Ｖｉから必要馬力ＰＳ
［Ｐｓ］を公知の式ＰＳ＝ＰＳ_C/D＋Ｋ₁（Ｗ′／ｇ）αＶｉ… ただし、ＰＳ_C/D；ダイナモメータ動力吸収馬力［Ｐ
ｓ］Ｋ₁；定数Ｗ′；慣性相当重量［ｋｇｆ］ｇ；重力の加速度［ｍ／ｓ²］により計算する（図７のステップ１１，１２，１３）。
なお、式においてダイナモメータ動力吸収馬力ＰＳ
_C/Dは、実車速Ｖｉから図３を内容とするテーブルを参
照して求めている。

【００２４】この必要馬力ＰＳをそのときのエンジン回
転数Ｎｅ［ｒｐｍ］を用いてＴ＝（７１６，２／Ｎｅ）Ｐｓ… によりエンジン出力トルクＴ［ｋｇｆ］に変換し、この
出力トルクＴとアクセルアクチュエータのそのときの実
ストロークとを対応づけてメモリに記憶する（図７のス
テップ１５，１６，１７）。

【００２５】ブレーキ操作をしたときは、フットブレー
キによるブレーキ力Ｆ_BRをＦ_BR＝ＰＳ・Ｋ₂／Ｖｉ… ただし、ＰＳ；必要馬力Ｋ₂；定数Ｖｉ；実車速［ｍ／ｓ］によって計算し、これをそのときのブレーキアクチュエ
ータの実ストロークと対応づけてメモリに記憶する（図
７のステップ１４，１８，１９）。

【００２６】こうして、アクセルアクチュエータストロ
ークと出力トルクＴの関係、ブレーキアクチュエータス
トロークとブレーキ力の関係を表すデータがサンプリン
グされる。

【００２７】図８はテーブル作成５Ｅの詳細である。ス
トローク−トルクのテーブルについては、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する（図８のステップ２１，２２，
２３，２４）。３種類のエンジン回転数に対して別々の
テーブルを作成するのは、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相違するため
である。たとえば、３種類のエンジン回転数を、アイド
ル回転数（６００〜８００ｒｐｍ程度）を基準として、低回転数…アイドル回転数＋１００ｒｐｍ中回転数…アイドル回転数＋１０００ｒｐｍ高回転数…アイドル回転数＋２０００ｒｐｍと定める。ＰＩＤ制御によるモード走行中にデータが得
られるたびに、図９においてそのデータをプロットして
いくと、モード走行の１サイクル終了のタイミングで
は、あらましの特性が定まる。後は、プロットされなか
ったところを直線近似の補間計算により埋めていってス
トローク−トルクのテーブルを完成する。

【００２８】なお、選択されるモード走行によってはデ
ータが極端に不足して、テーブルを完成できないことが
ある。このときは、テーブルを参照してのモード走行
（後述する）ができなくなるので、テーブルが完成しな
いときは、ＰＩＤ制御によるモード走行を継続して行う
ことになる。

【００２９】同様にして、ストローク−ブレーキ力のテ
ーブルを図１０のように完成する。

【００３０】こうして１０モードなど１サイクルの走行
終了後には、そのモード走行に必要な動力性能テーブル
の作成が完了し、この動力性能テーブルを参照してのモ
ード走行が可能になる。

【００３１】なお、図２の動力性能演算５Ｄ、テーブル
作成５Ｅのところでは、アクセル操作を行うのかブレー
キ操作を行うのかの判定を、アクセルアクチュエータの
動作位置から自動的に行っている（図７のステップ１
４，図８のステップ２１）。

【００３２】〈４〉動力性能参照走行動力性能テーブルが完成すると、走行法を切替え、動力
性能を参照してのモード走行を実行する（図２の５Ａ，
５Ｆ，５Ｇ）。

【００３３】このモード走行は従来と変わりない。これ
を図１１に示した流れ図で簡単に説明すると、エンジン
回転数Ｎｅ、フィードバックデータとしての実車速のほ
か、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
ｓを読み込み、この指令車速Ｖｓから加速度αを計算す
る（図１１のステップ３１，３２）。

【００３４】指令車速Ｖｓ、加速度αおよびダイナモメ
ータ動力吸収馬力から必要馬力ＰＳを求め、またそのと
きのエンジン回転数Ｎｅに対する摩擦馬力Ｆを図５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、この摩擦馬力Ｆと必要馬力ＰＳの和ＰＳ＋Ｆ
を計算する（図１１のステップ３３，３４，３５）。

【００３５】このＰＳ＋ＦとＰＳの値をみてＰＳ＋Ｆ≧
０かつ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、必要馬力ＰＳをエンジン出力トルク
Ｔに換算する（図１１のステップ３６，３７，３８）。
この換算トルクＴとそのときの回転数Ｎｅから図９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、換算トルクＴ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、この指令ストロークをアク
セルアクチュエータに出力する（図１１のステップ３
９，４０）。

【００３６】また、ＰＳ＋Ｆ≧０かつＰＳ＜０ならアク
セルペダルをもどすだけで減速できると判断し、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４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、Ｓ_X＝Ｓ_N・（Ｆ−｜ＰＳ｜）／Ｆ… により直線近似の補間計算を行って、減速しなければな
らない場合の指令ストロークＳ_Xを求める（図１１のス
テップ４１，４２）。

【００３７】一方、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、｜ＰＳ＋Ｆ｜のブレーキ力
から図１０を内容とするテーブルを参照して指令ストロ
ークを求め、これをブレーキアクチュエータに与えるこ
とにより減速させる（図１１のステップ３６，４４）。

【００３８】ここで、この例の作用を説明する。

【００３９】この例では、動力性能のテーブルが、ティ
ーチングの段階に作成されるのではなく、ティーチング
の後のＰＩＤ制御によるモード走行中に作成され、モー
ド走行の１サイクルの走行終了後には、そのモード走行
に必要な動力性能テーブルの作成が完了する。つまり、
モード走行を行いつつ動力性能のテーブルを作成してし
まうのであるから、ティーチングの段階で動力性能のテ
ーブルを作成しない分の時間が省略されることになり、
自動運転に要する時間が短縮されるのである。

【００４０】また、ＰＩＤ制御によりモード走行を行え
るため、動力性能のテーブルがなくても試験車両を運転
することができる。

【００４１】実施例ではＰＩＤ制御で説明したが、他の
フィードバック制御（たとえばＰＩ制御など）でもかま
わない。

【００４２】この発明では、試験車両の各ペダルとシフ
トレバーを指令ストロークに応じて駆動するアクチュエ
ータを用い、ティーチング後に指令車速のデータに従う
走行モードでシャシダイナモメータ上の試験車両を運転
するようにした車両の自動運転装置において、フィード
バック制御によるモード走行を行わせている間に動力性
能を演算し、その動力性能と前記アクチュエータのその
ときの実際のストロークとを対応させて記憶させ、これ
ら対応させて記憶させたデータを用いて動力性能のテー
ブルを作成し、指令車速データとエンジン回転数からこ
の動力性能のテーブルを参照して、指令車速データで走
行するに必要な動力性能を求め、その動力性能が得られ
るように指令ストロークを決定し、その指令ストローク
を前記アクチュエータに与えることにより行わせる走行
である動力性能参照によるモード走行を行わせるととも
に、前記フィードバック制御によるモード走行と前記動
力性能参照によるモード走行とを選択的に切替えるよう
に構成したため、ティーチングの段階で動力性能テーブ
ルの作成時間が省略され、自動運転に要する時間を短く
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のクレーム対応図である。

【図２】一実施例の主制御部の流れ図である。

【図３】車速に対する動力吸収馬力のテーブル内容を示
す特性図である。

【図４】無負荷時の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で
ある。

【図５】エンジン回転数に対する摩擦馬力のテーブル内
容を示す特性図である。

【図６】ＰＩＤ制御での指令値の流れを示す図である。

【図７】動力性能の演算・記憶の内容を説明するための
流れ図である。

【図８】テーブル作成の内容を説明するための流れ図で
ある。

【図９】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である。

【図１０】ブレーキアクチュエータストロークに対する
ブレーキ力のテーブル内容を示す特性図である。

【図１１】テーブル参照によるモード走行を説明するた
めの流れ図である。

【図１２】従来例の全体構成図である。

【図１３】従来例の主制御部の流れ図である。

【符号の説明】

１フィードバック制御によるモード走行実行手段２動力性能演算・記憶手段３動力性能テーブル４動力性能テーブル作成手段５テーブル参照によるモード走行実行手段６モード走行切替手段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

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】試験車両の各ペダルとシフトレバーを指令
ストロークに応じて駆動するアクチュエータを用い、テ
ィーチング後に指令車速のデータに従う走行モードでシ
ャシダイナモメータ上の試験車両を運転するようにした
車両の自動運転装置において、実車速が指令車速データと一致するように、前記アクチ
ュエータへの指令ストロークを、実車速と指令車速デー
タの偏差に応じて制御することにより行わせる走行であ
るフィードバック制御によるモード走行を行わせる手段
と、このモード走行中に動力性能を演算し、その動力性能と
前記アクチュエータのそのときの実際のストロークとを
対応させて記憶する手段と、これら対応させて記憶させたデータを用いて動力性能の
テーブルを作成する手段と、指令車速データとエンジン回転数からこの動力性能のテ
ーブルを参照して、指令車速データで走行するに必要な
動力性能を求め、その動力性能が得られるように指令ス
トロークを決定し、その指令ストロークを前記アクチュ
エータに与えることにより行わせる走行である動力性能
参照によるモード走行を行わせる手段と、前記フィードバック制御によるモード走行と前記動力性
能参照によるモード走行とを選択的に切替える手段とを
設けたことを特徴とする車両の自動運転装置。