JP2930668B2 - Car speed control device - Google Patents

Car speed control device

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JP2930668B2
JP2930668B2 JP2154912A JP15491290A JP2930668B2 JP 2930668 B2 JP2930668 B2 JP 2930668B2 JP 2154912 A JP2154912 A JP 2154912A JP 15491290 A JP15491290 A JP 15491290A JP 2930668 B2 JP2930668 B2 JP 2930668B2
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acceleration
vehicle speed
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speed error
target
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信之 大野
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  • Controls For Constant Speed Travelling (AREA)
  • Regulating Braking Force (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は自動車の速度制御装置、特に、最適制御を
行い目標車速への追従性と乗心地の改善との両立を図る
速度制御装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a speed control device for a motor vehicle, and more particularly to a speed control device that performs optimal control to achieve both compatibility with a target vehicle speed and improvement in ride comfort.

(従来の技術) 従来の自動車の速度制御装置としては、例えば、特開
昭61−191435号公報に記載されたものが知られる。この
速度制御装置は、スロットルバルブのバルブ開度および
実車速を検出するとともに、目標車速に応じて吸入空気
量を定め、所定の演算式および最適フィードバックゲイ
ンに基づいて燃料噴射量およびスロットバルブ開度のそ
れぞれについてフィードバック量を決定してこれらフィ
ードバック量に応じて燃料噴射量とスロットルバルブ開
度とを調節するものである。
(Prior Art) As a conventional vehicle speed control device, for example, one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-191435 is known. This speed control device detects a valve opening of a throttle valve and an actual vehicle speed, determines an intake air amount according to a target vehicle speed, and determines a fuel injection amount and a slot valve opening based on a predetermined arithmetic expression and an optimum feedback gain. And the fuel injection amount and the throttle valve opening are adjusted in accordance with these feedback amounts.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上述した従来の自動車の速度制御装置
にあっては、燃料の向上を目的とするエンジン制御にす
ぎないため、自動車の挙動として滑らかさに欠け、ま
た、高い応答性を得ることは困難と考えられる。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the above-described conventional vehicle speed control device, since it is merely an engine control for the purpose of improving fuel, the behavior of the vehicle lacks smoothness. It is considered difficult to obtain high responsiveness.

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、自動
車の挙動が滑らかで良好な乗心地を得られる自動車の速
度制御装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a speed control device for an automobile, which has a smooth behavior and a good ride quality.

(課題を解決するための手段) この発明の自動車の速度制御装置は、実車速を検出す
る車速センサと、実加速度を検出する加速度センサとを
自動車に備え、目標車速に対する実車速の車速誤差と、
この車速誤差に対する車速誤差フィードバック量と、こ
の車速誤差フィードバック量に対する実加速度の加速度
フィードバック量と、これらの車速誤差フィードバック
量および加速度フィードバック量に従った目標加速度と
を求め、この目標加速度に基づいて車速の最適制御を行
なう自動車の速度制御装置であって、 目標加速度に対する実加速度の比を求め、この実加速
度の比に対して最適レギュレータ理論に従った車速誤差
フィードバックゲインと加速度フィードバックゲインと
を予め算出し、車速誤差フィードバックゲインに基づい
て車速誤差から車速誤差フィードバック量を算出すると
ともに加速度フィードバックゲインにもとずいて実加速
度から加速度フィードバック量を算出し、これら車速フ
ィードバック量と加速度フィードバック量とに基づいて
スロットルバルブのバルブ開度とブレーキ液圧とを調節
することが要旨である。
(Means for Solving the Problems) A vehicle speed control device according to the present invention includes a vehicle speed sensor that detects an actual vehicle speed and an acceleration sensor that detects an actual acceleration, and calculates a vehicle speed error of the actual vehicle speed with respect to a target vehicle speed. ,
A vehicle speed error feedback amount for the vehicle speed error, an actual acceleration acceleration feedback amount for the vehicle speed error feedback amount, and a target acceleration according to the vehicle speed error feedback amount and the acceleration feedback amount are obtained, and the vehicle speed is determined based on the target acceleration. A speed control device for an automobile that performs optimal control of a vehicle, calculates a ratio of an actual acceleration to a target acceleration, and previously calculates a vehicle speed error feedback gain and an acceleration feedback gain for the ratio of the actual acceleration in accordance with the optimal regulator theory. Then, a vehicle speed error feedback amount is calculated from the vehicle speed error based on the vehicle speed error feedback gain, and an acceleration feedback amount is calculated from the actual acceleration based on the acceleration feedback gain. The gist is to adjust the valve opening of the throttle valve and the brake fluid pressure based on the braking amount.

(作用) この発明にかかる自動車の速度制御装置は、自動車の
状態から規定される演算式により車速誤差フィードバッ
クゲインと加速度フィードバックゲインとを求め、車速
誤差フィードバックゲインと車速誤差とにより車速誤差
フィードバック量を、また、加速度フィードバックゲイ
ンと実加速度とにより加速度フィードバック量を算出
し、これらフィードバック量に基づき車速を制御するた
め、目標車速への追従性の向上と乗心地の改善との両立
が図れる。
(Operation) The vehicle speed control device according to the present invention obtains the vehicle speed error feedback gain and the acceleration feedback gain by an arithmetic expression defined from the state of the vehicle, and calculates the vehicle speed error feedback amount by the vehicle speed error feedback gain and the vehicle speed error. In addition, since the acceleration feedback amount is calculated based on the acceleration feedback gain and the actual acceleration, and the vehicle speed is controlled based on the feedback amount, it is possible to achieve both improvement in followability to the target vehicle speed and improvement in riding comfort.

(実施例) 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図および第2図はこの発明の一実施例にかかる自
動車の速度制御装置を表し、第1図がブロック図、第2
図が制御ブロック図である。
FIGS. 1 and 2 show an automobile speed control apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a block diagram and FIG.
The figure is a control block diagram.

第1図に示すように、この自動車の速度制御装置は、
目標加速度生成部11、加速度制御部12およびアクチュエ
ータ制御部13を有し、また、図示しないが、走行距離を
検出する走行距離センサ、実車速を検出する車速センサ
および実加速度を検出する加速度センサ等を有する。目
標加速度生成部11および加速度制御部12はマイクロコン
ピュータ等から成り、アクチュエータ制御部13はスロッ
トルバルブを駆動するスロットルモータ、ブレーキ液圧
を調節するソレノイドバルブおよびこれらスロットルモ
ータとソレノイドバルブとを通電する駆動回路等から成
る。
As shown in FIG. 1, this vehicle speed control device
Although not shown, a target travel distance sensor for detecting a travel distance, a vehicle speed sensor for detecting an actual vehicle speed, an acceleration sensor for detecting an actual acceleration, and the like having a target acceleration generation unit 11, an acceleration control unit 12, and an actuator control unit 13. Having. The target acceleration generation unit 11 and the acceleration control unit 12 include a microcomputer and the like, and the actuator control unit 13 includes a throttle motor that drives a throttle valve, a solenoid valve that adjusts brake fluid pressure, and a drive that energizes these throttle motors and the solenoid valve. It consists of a circuit and the like.

目標加速度生成部1は、目標経路速度点列等を表す信
号、また、上記各センサから実車速、実加速度および実
走行距離を表す信号が入力し、これら信号から目標加速
度を算出して目標加速度を表す信号を加速度制御部12に
出力する。加速度制御部12は、目標加速度を表す信号と
ともに加速度を表す信号がセンサから入力し、これら信
号から目標スロットルバルブ開度と目標ブレーキ液圧と
を算出してこれら目標スロットルバルブ開度と目標ブレ
ーキ液圧とを表す信号をアクチュエータ制御部13に出力
する。アクチュエータ制御部13は、センサから現在のス
ロットルバルブ開度およびブレーキ液圧を表す信号が入
力し、スロットルバルブ開度を目標スロットルバルブ開
度に、ブレーキ液圧を目標ブレーキ液圧に制御する。
The target acceleration generation unit 1 receives a signal representing a target path speed point sequence and the like, and signals representing the actual vehicle speed, the actual acceleration, and the actual mileage from the above sensors, and calculates the target acceleration from these signals to obtain the target acceleration. Is output to the acceleration control unit 12. The acceleration control unit 12 receives a signal representing acceleration together with a signal representing target acceleration from a sensor, calculates a target throttle valve opening and a target brake fluid pressure from these signals, and calculates the target throttle valve opening and the target brake fluid. A signal indicating the pressure is output to the actuator control unit 13. The actuator control unit 13 receives a signal representing the current throttle valve opening and the brake fluid pressure from the sensor, and controls the throttle valve opening to the target throttle valve opening and the brake fluid pressure to the target brake fluid pressure.

この速度制御装置は、第2図に示すように、実車速V
actと目標車速Vrefとの車速の制御誤差(車速誤差)V
errから車速誤差フィードバックゲインKevを基に車速誤
差フィードバック量を算出し、また、実加速度αact
ら加速度フィードバックゲインKαを基に加速度フィー
ドバック量を算出し、これら車速誤差フィードバック量
と加速度フィードバック量とから目標加速度αrefを求
め、この目標加速度αrefから1次遅れフィルタ により操作加速度αを得、操作加速度αと実加速度
αactとの加速度の制御偏差に基づき目標スロットルバ
ルブ開度と目標ブレーキ液圧とを決定してスロットルモ
ータとブレーキ液圧とを制御する。そして、この速度制
御装置は、最適制御を行い、上述の車速誤差フィードバ
ックゲインKevおよび加速度フィードバックゲインKα
を後述するように設定する。
This speed control device, as shown in FIG.
Vehicle speed control error (vehicle speed error) V between act and target vehicle speed Vref
The vehicle speed error feedback amount is calculated based on the vehicle speed error feedback gain K ev from err, and the acceleration feedback amount is calculated based on the acceleration feedback gain K α from the actual acceleration α act. obtains a target acceleration alpha ref from the first-order lag filter from the target acceleration alpha ref Operation acceleration alpha give u, controls the operation acceleration alpha u and the actual acceleration alpha act and the throttle motor to determine a target throttle valve opening degree and the target brake hydraulic pressure based on the control deviation of the acceleration of the brake fluid pressure by . This speed control device performs optimal control, and performs the above-described vehicle speed error feedback gain Kev and acceleration feedback gain Kα.
Is set as described later.

なお、上記説明および第2図においては、sはラプラ
ス演算子を示し、また、車速についてはKm/hの単位、加
速度についてはmGの単位、重力加速度gを9.8m/sec2,1
次遅れフィルタの時定数Tをsecの単位で表す。
In the above description and FIG. 2, s indicates a Laplace operator, and the vehicle speed is in Km / h, the acceleration is in mG, and the gravitational acceleration g is 9.8 m / sec 2 , 1
The time constant T of the next delay filter is expressed in the unit of sec.

ところで、最適レギュレータ理論においては、周知の
ように、評価関数の概念を導入し、この評価関数が最小
の値をとるように制御する。そして、一般的な線形シス
テムについて考察すると、制御対象の入力ベクトル、
状態ベクトルおよび出力ベクトルが次式(1)
(2)に示す状態方程式および出力方程式で表される。
By the way, in the optimal regulator theory, as is well known, a concept of an evaluation function is introduced, and control is performed such that the evaluation function takes a minimum value. Considering a general linear system, the input vector to be controlled,
The state vector and the output vector are given by the following equation (1).
It is represented by a state equation and an output equation shown in (2).

ただし、ベクトル、、は次式のように示され、
また、Aはシステム行列、Bは入力行列、Cは出力行列
として下式のように表される。
However, the vectors and are expressed as follows:
In addition, A is a system matrix, B is an input matrix, and C is an output matrix, which is represented by the following equation.

ここで、入力ベクトルとして状態ベクトルに対し
フィードバック行列Kに乗じたもので置換えした第3図
に示すような閉ループ系を想定すると、この閉ループ系
に対して例えば次式(3)に示す評価関数Jを考えるこ
とができる。
Here, assuming a closed-loop system as shown in FIG. 3 in which a state vector is multiplied by a feedback matrix K as an input vector, an evaluation function J shown in the following equation (3) is obtained for this closed-loop system. Can be considered.

ただし、Q,Rは重みを示す正定対称行列であり、シュ
ミレーション等で決定される。
Here, Q and R are positive definite symmetric matrices indicating weights, and are determined by simulation or the like.

そして、この評価関数Jを最小にするフィードバック
行列Kが下式(4)で求められ、このフィードバック行
列Kを用いて最適制御を行う。
Then, a feedback matrix K that minimizes the evaluation function J is obtained by the following equation (4), and optimal control is performed using the feedback matrix K.

K=R-1BTP …(4) ただし、Pは下式(5)のリッカチ(Riccati)の方
程式の唯一の正定対称行列解であり、Potter法あるいは
Kleinman法等により解くことができる。
K = R −1 B T P (4) where P is the only positive definite symmetric matrix solution of Riccati's equation of the following equation (5), and the Potter method or
It can be solved by the Kleinman method or the like.

PA+ATP−PBR-1BTP+CTQC=0 …(5) 一方、この実施例においては、前述した第2図から下
式(6)(7)(8)が導かれる。
PA + A T P-PBR -1 B T P + C T QC = 0 ... (5) On the other hand, in this embodiment, the following equation from the second diagram (6) (7) (8) is derived as described above.

(注)gは重力加速度を意味する。 (Note) g means gravitational acceleration.

そして、操作加速添αに対する実加速度αactの比
h(h=αact)を用いて式(6)を書き直すと下
式(9)が得られ、また、式(8)の両辺を微分して下
式(10)が得られる。
Then, by rewriting equation (6) using the ratio h (h = α act / α u ) of the actual acceleration α act to the operation acceleration index α u , the following equation (9) is obtained, and the following equation (8) is obtained. The following equation (10) is obtained by differentiating both sides.

ここで、操作量u、状態量x1,x2を下式(11)に示す
ように規定すると、この式(11)を式(9)(7)(1
0)に代入して下式(12)(13)が得られる。
Here, if the manipulated variable u and the state quantities x 1 , x 2 are defined as shown in the following equation (11), this equation (11) is converted into the equations (9), (7), (1)
0), the following equations (12) and (13) are obtained.

上式(12)(13)を行列で表わして下式(14)に示す
状態方程式が得られ、また、出力として実加速度αact
と車速誤差Verrを選択すると下式(15)に示す出力方程
式が得られる。
The above equation (12) (13) state equation expressed by the following equations (14) represents a matrix is obtained. In addition, the actual acceleration alpha act as an output
When the vehicle speed error Verr is selected, the output equation shown in the following equation (15) is obtained.

ただし、 y1=αact、y2=Verrである。 However, y 1 = α act and y 2 = V err .

したがって、この実施例においても、前述した線形シ
ステム(第3図)と対応してシステム行列A、入力行列
Bおよび出力行列Cが下式(16)(17)(18)に示すよ
うに定まる。
Therefore, also in this embodiment, the system matrix A, the input matrix B, and the output matrix C are determined as shown in the following equations (16), (17), and (18) in correspondence with the above-described linear system (FIG. 3).

次に、評価関数Jを決定する必要があり、前述した式
(3)における重みを示す行列Q,Rを下式(19)(20)
に示すように規定すると、下式(21)(22)の関係から
式(23)(24)が導かれる。
Next, it is necessary to determine the evaluation function J, and the matrices Q and R indicating the weights in the above-mentioned equation (3) are expressed by the following equations (19) and (20).
Equations (23) and (24) are derived from the following equations (21) and (22).

したがって、上式(23)(24)を式(3)に代入して
評価関数Jが式(25)に示すように定まり、式(25)は
前述したように実加速度αactと車速誤差Verrとを出力
として選択するため下式(26)のように書き換えられ
る。
Therefore, by substituting the above equations (23) and (24) into the equation (3), the evaluation function J is determined as shown in the equation (25), and the equation (25) expresses the actual acceleration α act and the vehicle speed error V as described above. In order to select err as an output, it is rewritten as in the following equation (26).

J= (q1y1 2+q2y2 2+ru2)dt …(25) そして、上式(26)からフィードバック行列Kを前述
した式(3)からの誘導と同様にして算出し、このフィ
ードバック行列から最適値として車速誤差フィードバッ
クゲインKevと加速度フィードバックゲインKαとを求
める。
J = (q 1 y 1 2 + q 2 y 2 2 + ru 2) dt ... (25) Then, the feedback matrix K is calculated from the above equation (26) in the same manner as the derivation from the above-described equation (3), and the vehicle speed error feedback gain Kev and the acceleration feedback gain Kα are obtained as optimum values from the feedback matrix.

ここで、式(26)における重みを示す係数q1,q2,rは
シュミレーションあるいは極配置等によって決定され
る。例えば、シュミレーションによる場合は、係数q1,q
2,rを仮の値に求め、この仮の値を基にリッカチの方程
式を解いてフィードバック行列Kを求め、状態量x1,x2
に適当な初期値を与えて出力量(y1,y2)の過渡状態を
応答波形等で観測し、係数q1,q2,rを変えて応答波形が
適性な波形を得られる値を採用する。
Here, the coefficients q 1 , q 2 , r indicating the weights in the equation (26) are determined by simulation or pole arrangement. For example, in the case of simulation, the coefficients q 1 , q
2 and r are determined to be provisional values, and based on the provisional values, the Riccati equation is solved to determine the feedback matrix K, and the state quantities x 1 and x 2
, And observe the transient state of the output amount (y 1 , y 2 ) with response waveforms, etc., and change the coefficients q 1 , q 2 , r adopt.

また、システム行列Aは自動車の状態、例えば走行路
の状況、エンジンの運転状態、トランスミッションの状
態およびブレーキ装置の状態等に応じて変化するが、加
速度に関し、ローカル・フィードバックがかかっている
為、この自動車の状態は前述した操作加速度αに対す
る実加速度αactの比hで表すことができるため、比h
に対するフィードバックゲインKev,Kαを予め計算して
データテーブルとして記憶し、比を検出して比hに応じ
フィードバックゲインKev,Kαを変えることも可能であ
る。又、これらフィードバックゲインKev,Kαは検出さ
れた比hに応じてオン・ラインで演算することも可能で
ある。
Further, the system matrix A changes according to the state of the vehicle, for example, the state of the road, the operating state of the engine, the state of the transmission, the state of the brake device, and the like. Since the state of the vehicle can be represented by the ratio h of the actual acceleration α act to the operation acceleration α u described above, the ratio h
It is also possible to calculate the feedback gains K ev and Kα in advance and store them as a data table, detect the ratio, and change the feedback gains K ev and Kα according to the ratio h. The feedback gains K ev and Kα can be calculated on-line in accordance with the detected ratio h.

なお、上述した実施例では、操作加速度αと実加速
度αactとの制御偏差による比率hに基づき設計してい
るが、制御対象の伝達関数のゲイン、すなわち、エンジ
ンの出力特性、ブレーキの摩擦特性およびトランスミッ
ションの伝達特性を含めた伝達関数のゲインの大きくす
ることで操作加速度と実加速度とを同値とみなすことが
でき、上記各式の比hを1としてフィードバックゲイン
Kev,Kαを算出することも可能である。
In the above-described embodiment, the design is performed based on the ratio h based on the control deviation between the operation acceleration α u and the actual acceleration α act . However, the gain of the transfer function of the controlled object, that is, the output characteristic of the engine, the friction of the brake, By increasing the gain of the transfer function including the transmission characteristics and the transmission characteristics of the transmission, the operation acceleration and the actual acceleration can be regarded as the same value.
It is also possible to calculate K ev and Kα.

(発明の効果) 以上説明したように、この発明にかかる自動車の車速
制御装置によれば目標加速度に対する実加速度の比を求
め、この実加速度の比に対して最適レギュレータ理論に
従った車速誤差フィードバックゲインと加速度フィード
バックゲインとを予め算出し、これら車速誤差フィード
バックゲインに基づいて車速誤差から車速誤差フィード
バック量を、また、加速度フィードバックゲインに基づ
いて実加速度から加速度フィードバック量を算出し、こ
れらフィードバック量に基づき車速制御を行うため、目
標車速への追従性の向上と乗心地の改善との両立が図れ
る。
(Effect of the Invention) As described above, according to the vehicle speed control device for an automobile according to the present invention, the ratio of the actual acceleration to the target acceleration is obtained, and the vehicle speed error feedback according to the optimal regulator theory is calculated for the ratio of the actual acceleration. The gain and the acceleration feedback gain are calculated in advance, the vehicle speed error feedback amount is calculated from the vehicle speed error based on the vehicle speed error feedback gain, and the acceleration feedback amount is calculated from the actual acceleration based on the acceleration feedback gain. Since the vehicle speed control is performed based on the target vehicle speed, it is possible to achieve both improvement in follow-up to the target vehicle speed and improvement in ride comfort.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図および第2図はこの発明の一実施例にかかる自動
車の速度制御装置を示し、第1図が全体制御系のブロッ
ク図、第2図が制御ブロック図である。第3図は一般的
な線形システムにおける制御ブロック図である。 11……目標加速度生成部 12……加速度制御部 13……アクチュエータ制御部
1 and 2 show an automobile speed control apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a block diagram of an overall control system, and FIG. 2 is a control block diagram. FIG. 3 is a control block diagram in a general linear system. 11 Target acceleration generator 12 Acceleration controller 13 Actuator controller

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B60K 31/00 - 31/18 B60K 41/00 - 41/28 B60T 7/12 - 7/22 B60T 8/32 - 8/96 F02D 29/00 - 29/06 F02D 41/00 - 41/40 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) B60K 31/00-31/18 B60K 41/00-41/28 B60T 7/12-7/22 B60T 8/32-8 / 96 F02D 29/00-29/06 F02D 41/00-41/40

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】実車速を検出する車速センサと、実加速度
を検出する加速度センサとを自動車に備え、目標車速に
対する実車速の車速誤差と、この車速誤差に対する車速
誤差フィードバック量と、この車速誤差フィードバック
量に対する実加速度の加速度フィードバック量と、これ
らの車速誤差フィードバック量および加速度フィードバ
ック量に従った目標加速度とを求め、この目標加速度に
基づいて車速の最適制御を行なう自動車の速度制御装置
であって、 目標加速度に対する実加速度の比を求め、この実加速度
の比に対して最適レギュレータ理論に従った車速誤差フ
ィードバックゲインと加速度フィードバックゲインとを
予め算出し、 車速誤差フィードバックゲインに基づいて、車速誤差か
ら車速誤差フィードバック量を算出するとともに、加速
度フィードバックゲインに基づいて、実加速度から加速
度フィードバック量を算出し、 これら車速誤差フィードバック量と加速度フィードバッ
ク量とに基づいて、スロットルバルブのバルブ開度とブ
レーキ液圧とを調節することを特徴とする自動車の速度
制御装置。
An automobile is provided with a vehicle speed sensor for detecting an actual vehicle speed and an acceleration sensor for detecting an actual acceleration, a vehicle speed error of an actual vehicle speed with respect to a target vehicle speed, a vehicle speed error feedback amount for the vehicle speed error, and a vehicle speed error. A speed control device for an automobile, which obtains an acceleration feedback amount of an actual acceleration with respect to a feedback amount, and a target acceleration according to the vehicle speed error feedback amount and the acceleration feedback amount, and performs optimal control of a vehicle speed based on the target acceleration. The ratio of the actual acceleration to the target acceleration is obtained, and the vehicle speed error feedback gain and the acceleration feedback gain according to the optimal regulator theory are calculated in advance for the ratio of the actual acceleration, and based on the vehicle speed error feedback gain, Calculate the vehicle speed error feedback amount and Calculating an acceleration feedback amount from the actual acceleration based on the acceleration feedback gain, and adjusting the valve opening of the throttle valve and the brake fluid pressure based on the vehicle speed error feedback amount and the acceleration feedback amount. Vehicle speed control device.
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