JPH02208136A

JPH02208136A - 自動車の協調制御装置

Info

Publication number: JPH02208136A
Application number: JP1028840A
Authority: JP
Inventors: Takashige Oyama; 宜茂大山; Toshimichi Minowa; 利通箕輪
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-02-09
Filing date: 1989-02-09
Publication date: 1990-08-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は自動車の協調制御装置に係り、特に車の運転性
と安全性を向上するに好適な動的モデルを用いた自動車
の協調制御装置に関する。

［従来の技術］従来のエンジン制御装置は、特開昭６３−７１５５１号
に記載のように吸気空気量の調節に関与する制御量たと
えばスロットルバルブ開度から負荷トルクを推定する動
的モデルが提示されている。

また従来の装置に関連する米国特許第４７１３７６３号
ではアクセルペダルのふみ込み量と、エンジンと変速機
の間のトルクとを検出して、トルクの変動が小さくなる
ようにスロットルバルブを制御している。また特開昭６
１−２８６５４７号では加速度を検出して、目標値に合
致するようにスロットルバルブを制御している。特開昭
６２−１５００３５号では横加速度を検出して１曲線路
の限界速度を演算することにより、エンジンとドライブ
トレインの駆動トルクを制限する方法が提示されている
。米国特許第４７１３７６４号ではトルクの差から登板
かどうかを判定して、変速機の歯車段の切換えを制限し
ている。特開昭６１−１４５３３９号ではアクセル操作
量から目標トルクを求めて、出力トルクが目標トルクに
なるように付加積分型最適レギュレータを用いて制御し
ている。特開昭６２−１０１８５３号ではアクセル変位
量で要求トルクを演算して、その結果を基にニアコンデ
ィショナの負荷をしゃ断する方法が提示されている。

［発明が解決しようとする課題］上記従来技術は車の動的モデルと各制御システムたとえ
ばエンジン制御システムの動的モデルとの複数個の動的
モデルを用いた協調制御の点については配慮がされてお
らず、車の応答性と安定性の両立の点で問題があった。

本発明の目的は自動車の協調制御装置において車の応答
性と安定性を両立させることにある。また応答性を向上
して騒音や振動やあらさを低減することにある。また運
転性および燃料経済性を向上することにある。さらに車
の運転を容易にして緊急時の運転者の運転操作を支持す
ることにある。

またアクティブ安全性を向上して危険を予防することに
ある。またエルゴノミクス的な手法で運転者がつかれな
くて安全に操作するためのインタフェイスを提供するに
ある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために１本発明による自動車の協調
制御装置は、車の動的モデルの他に、エンジン、ドライ
ブトレイン（変速機）、ブレーキ。

ステアリング、サスペンション等の各制御要素の動的モ
デルのうちの少なくとも１つの動的モデルを含む、複数
個の動的モデルを用いて車の各制御要素を関連して協調
制御する制御手段を備えたものである。また動的モデル
によって自動運転制御サブシステムと、安定性増強サブ
システムとを構築し、車の協調制御と冷間始動や暖機中
の適応制御とを付加したエンジンのトルクサーボをなす
エンジン制御サブシステムと、車の動的モデルとエンジ
ンドライブトレインの動的モデルとから構築された２つ
のオブザーバを持つドライブトレイン制御サブシステム
と、同じように２つのオブザーバを持つブレーキ、ステ
アリング、サスペンション、ステアリング制御サブシス
テムとによって車の応答性と安定性を両立させるように
したものである。さらにエキスパートシステムを持つ運
転者支援システムで、車の運転状態が評価されて、緊急
時の安全性を向上できるようにしたものである。

またステアリングホイール、ブレーキペダル、アクセル
ペダルの力を人工的応答システムで加減し、運転者の感
覚を向上するようにしたものである。

［作用］上記自動車の協調制御装置は、制御手段が含む自動運転
制御サブシステムと、安定性増強サブシステムとで、ア
クセルペダル、ブレーキペダル、ステアリングホイール
の力と、車の加速度とに応じて、車に最適なドライブト
レイン、ブレーキ。

ステアリング力を演算し、この結果をドライブトレイン
、ブレーキ、ステアリング、サスペンション制御サブシ
ステムに送り、スロットル、変速段、ブレーキ油圧等の
各制御要素のアクチュエータを制御し、最適なトレイン
、ブレーキ、ステアリング力を得ることができる。また
運転支援システムにエンジンの状況と、レーダセンサの
出力等を入力し、内蔵するエキスパートシステムでエン
ジンと、車の状態をモニタし、緊急時に運転者に適切な
指示を与えると共に、上記各制御サブシステムに操作信
号を与え、エンジンの焼損と車の衝突を防止できる。さ
らに人工的応答システムで、ステアリングホイール、ブ
レーキペダル、アクセルペダルの力を運転者の感覚に合
わせることができる。

［実施例］以下に本発明の実施例を第１図から第２４図により説明
する。

第１図は本発明による自動車の協調制御装置の一実施例
を示す構成図である。第１図において、本自動車の協調
制御装置は運転者情報制御ユニット（制御手段）１と、
表示ユニット（表示手段）２と、エンジン制御サブシス
テム３と、ドライブトレイン制御サブシステム４と、ブ
レーキ制御サブシステム５と、ステアリング制御サブシ
ステム６と、サスペンション制御サブシステム７と、ア
クセルペダルセンサ８と、ブレーキペダルセンサ９と、
ステアリングホイールセンサｌＯと、加速度センサ１１
左、緊急状態センサ１２とから構成される。

運転者情報制御ユニット１は車の動的モデルを含み、各
制御サブシステム３〜７は各制御要素の動的モデルを含
んでおり、この車の動的モデルの他に各制御要素の動的
モデルのうちの少なくとも１つの動的モデルを用いて、
車の制御要素を関連して協調制御する。この各ユニット
１．２と各サブユニット３〜７の間はローカルエリアネ
ットワーク６０で電気的に接続されており、このネット
ワーク６０を介してサブシステム３〜７の間のデータの
伝送を行う、運転者の要求はアクセルペダルセン・す８
と、ブレーキペダルセンサ９と、ステアリングホイール
センサ１０で、運転者情報制御ユニット１に入力される
。制御ユニット１には車の加速度センサ１１の信号と、
緊急状態センサ１またとえばレーダの信号が入力される
。制御ユニット１から表示ユニット２に運転者を支援す
る表示データが送られる。

上記構成の自動車の協調制御装置において、車の騒音や
振動はサスペンション制御サブシステム７によってアク
ティブにサスペンションを制御することにより低減され
る。またエンジン、ドライブトレイン、ブレーキ制御サ
ブシステム３，４゜５を協調的に制御することによって
車のスリップを防止することができる。車の運転性能は
運転者情報制御ユニット１に含まれている運転性の制御
性増強とステアリング安定性増強の制御アルゴリズムに
よって改善される。エンジン制御サブシステム３には気
筒毎の制御アルゴリズムが内蔵されており、燃料経済性
を向上するのと振動を低減することができる。またエン
ジン制御サブシステム３は変速機付きドライブトレイン
制御システム４と緊密に結合されており、運転者の要求
に応じてネットワーク６０を用いて協調制御される。エ
ンジン、ドライブトレイン、ブレーキ、ステアリング、
サスペンション制御サブシステム３，４，５，６゜７を
協調制御することによって、平均的な運転者でも緊急時
に制御性を失うことなく車を安全に運転することができ
る。

また緊急や警報状態は運転者情報制御ユニット１内の緊
急時操作アトバイザから音声や視覚信号で運転者に伝達
され、この運転を容易にするために知能化フィルタ情報
処理によって運転者は真に必要な情報のみを取り出すこ
とができる。さらにアクティブ安全制御技術で車の事故
回避能力を高めるようにして、エンジンの速度と出力が
ステアリングホイールセンサｌＯと車の加速度センサ１
１の信号から求まるヨーレートの値に応じて制限され、
車のスリップを未然に防止することができる。このアク
ティブ安全の原則は予測制御を行うことにより、車が環
境の変化を予測して制御される。またエルゴノミツクの
概念をとり入れて運転者の操作をしやすくし、人工的応
答システムによってアクセルペダル、ブレーキペダル、
ステアリングホイールの操作力を運転者の要求に適合さ
せることができる０表示ユニット２は連続して変化する
状態で運転者が要求する情報を提供できる。

第２図は第１図の運転者情報制御ユニットｌの構成図で
ある。第２図において、本運転者情報制御ユニット１は
動的モデル１０１と、自動運転制御サブシステム１０２
と、安定性増強サブシステム１０３とから構成され、表
示ユニット２と、車１３と、運転者１４と、制御ユニッ
ト１５と第２図のように結合されている。上記の構成で
、入力の１つはアクセルペダルセンサ８からの信号で、
出力の１つは車１３の加速度センサ１１からの信号であ
って、自動運転制御サブシステム１０２は車１３の実際
の加速度とアクセルペダルセンサ８の信号から計算で求
まる運転者の要求に基づく加速度とを比較して、このサ
ブシステム１０２の出力で車１３のエンジンのスロット
ルバルブが制御される。このサブシステム１０２の動作
はモデルフォーロイング制御の制御性増強の制御アルゴ
リズムに基づくもので、このサブシステム１０２によっ
て運転性と燃費が改善される。また減速運転状態では、
ブレーキ力がこのサブシステム１０２の出力で制御され
る。

第３図（ａ）、　（ｂ）は第２図の自動運転制御サブシ
ステム１０２を用いた場合の加速時と減速時の車の動特
性側定例図である。第３図（ａ）、　（ｂ）において、
従来システムＢ（破線）の加速度（ｒｒｒ／　ｓ　）特
性に比べて、本システムＡ（実線）の特性では加減速時
に円滑かつ迅速に車が応答しており、車の運転状態の広
い範囲で運転者の要求を満足させることができる。

第２図の入力の他の１つはステアリングホイールセンサ
１０からの信号で、出力の他の１つは加速度センサ１１
の信号から求まる車１３の横方向の加速度であって、自
動運転制御サブシステム１０２は車１３の実際の横方向
加速度と運転者の要求とを比較し、動的モデル１０１を
用いて最適なステアリングホイール角と力を決定する。

一方の安定性増強サブシステム１０３は加速度センサ１
１の信号１１ａを受けとり、実時間でステアリングホイ
ール角とサスペンションダンピング力を決定して、車１
３の垂直と左右と前後方向の振動を最小にする。これに
より制御性を失うことなく車の安定性を増すことができ
る。

第４図（ａ）、　（ｂ）は第２図の安定性増強サブシス
テム１０３を用いた場合の加速時と減速時の車の他の動
特性側定例図である。第４図（ａ）、　（ｂ）において
、第４図（ａ）の加速時の従来システムＢ（破線）の加
速度（ｔｔｆ／　８　）特性に比べて本システムＡ（実
線）の車の加速応答が迅速かつ円滑になり、第４図（ｂ
）の減速時のアンチスキッド制御システムを具備した従
来システムＢ（破線）の車速（ｋｍ／ｈ）特性に比べて
本システムＡ（実線）の車速の変化が円滑になっている
。

第２図の自動運転制御サブシステム１０２の入力信号と
制御変数の情報は表示ユニット２に送られ、運転者１４
はこの情報に応じてアクセルペダルとブレーキペダルと
ステアリングホイールを操作し、またこれらの操作の情
報は制御ユニット１５に送られる。このとき運転者１４
の手動による指令が優先する。

第５図は第１図のエンジン制御サブシステム３の構成図
である。第５図において１本エンジン制御サブシステム
３は制御ユニット３０１と、検出手段Ｈ，３０２と、検
出手段Ｈ１３０３とから構成され、エンジン１６とドラ
イブトレイン１７とに第５図のように結合されている。

上記の構成で、制御ユニット３０１によって低温始動と
暖機中の適応制御を付加したトルクサーボ制御が実行さ
れる。この設定値のトルクは運転者の要求に応じて第１
図の運転者情報制御ユニット１により決定される。この
設定値のトルクはドライブトレイン１７の検出手段Ｈ１
３０３の実際のトルクと比較し、制御ユニット３０１に
よってエンジン１６の燃料量と空気量と点火時期が制御
される。この制御ユニット３０１は上記トルクの誤差信
号に応じて、この誤差が最小になるように上記の制御変
数を加減する。また制御ユニット３０１は燃焼に直接関
与する信号たとえば筒内圧力センサの信号の検出手段Ｈ
，３０２の信号を受けとり。

低温始動と暖機時に適当な燃焼速度を維持できるように
エンジン１６の空気量を制御する。この直接制御によっ
て、排ガスの空燃比のような２次的パラメータを測定す
る従来システムに比べて排気浄化性が大幅に向上する。

第６図は第１図のドライブトレイン制御システム４の構
成図である。第６図において、本ドライブトレイン制御
サブシステム４はコントローラ４０１と、オブザーバＢ
４Ｏ２と、オブザーバＡ４０３とから構成され、エンジ
ン１６とドライブトレイン１７と車体１８とに第６図の
ように結合されている。このドライブトレイン１７は高
度適応の変速能力を有する変速機から構成されており、
このドライブトレイン１７はエンジン１６と車体１８と
に緊密に結合されている。上記の構成で、トルクの設定
値は第１図の運転者情報制御ユニット１からコントロー
ラ４０１とオブザーバ８４０２とオブザーバＡ４０３に
送られる。エンジン１６のトルクとドライブトレイン１
７の変速比はコントローラ４０１の出力で制御され、車
体１８の実際の加速度を運転者の要求に合致するように
する。オブザーバＡ４０３は車体１８用であって、この
オブザーバＡ４０３によって車体１８の加速度センサ１
１の信号からドライブトレイン１７のトルクを推定する
。オブザーバＢ４Ｏ２はドライブトレイン１７用であっ
て、ドライブトレイン１７の信号からエンジン１６の出
力トルクを推定する。オブザーバＡ４０３とオブザーバ
８４０２の推定値はコントローラ４０１に入力され、エ
ンジン１６の空気量と燃料量と点火時期を調整するとと
もに、ドライブトレイン１７の変速比を制御する。この
エンジン１６の、トルクとドライブトレイン１７の変速
機のトルクが実時間で制御されるので、車体１８の加速
度は完全に運転者の要求に合致する。また上記のように
車の動作に応じて第５図のエンジン制御サブシステム３
と第６図のドライブトレイン制御サブシステムの機能の
協調制御が実行される。

第７図は第１図の各ブレーキ制御サブシステム５、ステ
アリング制御サブシステム６、サスペンション制御サブ
システム７の構成図である。第７図において、各ブレー
キ、ステアリング、サスペンション制御サブシステム５
，６．７はコントローラ５０１と、サーボとアクチュエ
ータ５０２と、オブザーバＢ５０３と、オブザーバＡ３
０４とから構成され、車体１８と第７図のように結合し
ている。これらのサブシステム５，６．７の構成は第６
図のドライブトレイン制御サブシステム４の場合と類似
している。上記の構成で、オブザーバＡ３０４は車体１
８用であって、車１３に作用する力を出力すなわち加速
度センサ１１の信号から車１３の動力学を用いて推定す
る。オブザーバＢ５０３はサーボとアクチュエータ５０
２用であって、アクチュエータ５０２の力を推定する。

オブザーバＡ３０４とオブザーバＢ５０３での推定値は
コントローラ５０１に送られ、第１図の運転者情報制御
ユニット１から送られてくる設定値に応じてサーボとア
クチュエータ５０２への入力を調節する。この設定値は
ブレーキ制御サブシステム５に対してはブレーキの減速
度であり、ステアリング制御サブシステム６に対しては
ステアリングのすベリ角であり、サスペンション制御サ
ブシステム７に対してはサスペンションのダンピング力
である。サーボとアクチュエータ５０２としては電気−
油圧サーボと、電気−空圧サーボとが用いられる。第７
図の出力はブレーキ制御サブシステム５の場合にはブレ
ーキの減速度で、ステアリング制御サブシステム６の場
合にはステアリングの横方向加速度、ヨー、サスベンジ
３ン制御サブシステム７の場合にはヨー、サスペンショ
ンの振動加速度である。上記の第５図エンジン制御サブ
システム３と第６図のドライブトレイン制御サブシステ
ム４と第７図のブレーキ、ステアリング、サスペンショ
ン制御サブシステム５．６．７との適用により、各サブ
システムの機能の協調制御が実行される。

第８図は第１図の運転者情報制御ユニット１に含まれて
いる運転者支援システム１０４の構成図である。第８図
において、本運転者支援システム１０４はエキスパート
システム１０５と、計画データ１０６と、車体センサ（
たとえばレーダなと）１０７と、エンジンセンサ（たと
えば水温センサなと）とから構成される。エキスパート
システム１０５は計画評価１０９と、状態評価１１０と
、状態モニタ１１１と、インタフェイス１１２とを含み
、運転者１４と制御ユニット１５に結合されている。上
記の構成で、エンジンセンサ１０８によってエンジン１
６の速度、油圧。

冷却水温、燃料圧力などのパラメータを測定し、これら
のパラメータをエキスパートシステム１０５の状態モニ
タ１１１に送り、インタフェイス１１２を介して表示ユ
ニット２に表示する。運転者１４はこのディジタル型式
表示とアナログ表示を選択することができる。この状態
モニタ１１１によってエンジンの潤滑油とブレーキライ
ニングの交換時期に関するデータが表示できる。また車
１３の走行環境をレーダなどの車体センサ１０７の信号
を用いて、エキスパートシステム１０５の状態評価１１
０により評価することができ、衝突の危険の存在が点検
される。

ここで車体センサ１０７の出力が状態評価１１０の知能
化ソフトウェアによって解析され、運転者１４と制御ユ
ニット１７に加速を減するように指令して衝突を防止す
る。これにはインタフェイス１１２を介して音声や視覚
で運転者に問題および最適修正動作を伝えることができ
、これにより運転者１４の衝突回避能力を向上させる。

上記の状態モニタ１１１と状態評価１１Ｏによって迅速
な修正動作が行われる。

また計画データ１０６を用いて、エキスパートシステム
１０５の計画評価１０９により、例えば車１３の燃費の
計画値と実際値を比較して評価を行うことができる。

第９図は第８図のエキスパートシステム１０５のソフト
ウェアの構成図である。第９図において、本エキスパー
トシステム１０５のソフトウェアはレーダ１１３と、バ
ッファ１１４と、推論ユニット１１５と、知識ベース１
１６とから構成され、運転者１４と第９図のように結合
されている。上記の構成で、レーダ１１３の出力が該レ
ーダ１１３で制御できるバッファ１１４を介して推論ユ
ニット１１５に送られ、推論ユニット１１５は知識ベー
スＩＩＦを用いて運転者１４に最適な修正動作を伝える
。ここで推論ユニット１１５は道路パターンと天候と障
害物パターンに関する知識ベース１１６を用いてレーダ
１１３の信号を分析して、障害物による衝突の危険の存
在を運転者１４に知らせるとともに最適な修正動作を運
転者１４に指令する。

第１０図は第１図の運転者情報制御ユニット１に含まれ
ている人工的応答システム１１７の構成図である。第１
０図において、本人工的応答システム１１７はコントロ
ーラ１１８と、センサとアクチュエータ１１９．１２０
．１２１とから構成され、アクセルペダル１９とブレー
キペダル２０とステアリングホイール２１とに第１０図
のように結合されている。上記の構成で、コントローラ
１１８に速度とヨーレイトとステアリング角の情報を入
力し、各センサとアクチュエータ１１９．１２０．１２
１を制御して、アクセルペダル１９の力とブレーキペダ
ル２０の力とステアリングホイール２１の力を車１３の
動作に応じて運転者１４の最適応答が確保できるように
人工的に調整する。

この各センサとアクチュエータ１１９．１２０．１２１
を用いて、アクセルペダル１９の力と車１３の前方向加
速度と、ブレーキペダル２０の力と車１３の減速度と、
ステアリングホイール２１の力と車１３の横方向加速度
との線型性が確保される。

第１１図は第１図の各制御サブシステム３〜７の直列伝
送用回路６００の構成図である。第１１図において、本
直列伝送用回路６００はデータバスバッファ６０１と、
リード／ライトコントロール６０２と、モデム・コント
ロール６０３と、トランスミツトバッファ６０４と、ト
ランスミツトコントロール６０５と、レシーブバッファ
６０６と、レシーブコントロール６０７とから構成され
る。第１図の各制御サブシステム３〜７は第１１図の直
列伝送用回路６００を介してネットワーク６０に接続さ
れる。これにより各サブシステム３〜７は相互に電気的
に接続され、各サブシステム３〜７のマイクロプロセッ
サのデータはデータバスバッファ６０１を介して直列伝
送用回路６００に入力される。直列伝送用回路６００の
り−ド／ライトコントロール６０２とモデム・コントロ
ール６０３によって、ネットワーク６０へのデータの送
信とネットワーク６０からのデータの受信が制御される
。トランスミツトバッファ６０４で送信データがパラレ
ルからシリアルに変換され、この送信はトランスミツト
コントロール６０５で制御される。

一方のネットワーク６０上のシリアルデータはレシーブ
バッファ６０６でシリアルからパラレルに変換され、こ
の受信はレシーブコントロール６０７で制御される。こ
のようにして第１図の各制御サブシステム３〜７のデー
タの伝送を容易にし、協調制御を有効にすることができ
る。

上記第２図の運転者情報制御ユニット１の動的モデル１
０１は例えば車体１８のダイナミックモデルであって、
タイヤの交換によって弾性特性が変化するとモデルを変
える必要がある。第２図の運転者情報制御ユニット１で
は入力と出力の情報から上記の変化を把握して、ダイナ
ミックモデルを変更することができる。

上記第２図の運転者情報制御ユニット１の自動運転制御
サブシステム１０２にアクセルペダルセンサ８の信号が
入力されると、この信号を基に運転者１４の要求する加
速度が演算されるが、このとき運転者１４の好みに応じ
て加速度を変更することができる。これには自動運転制
御サブシステム１０２と安定性増強サブシステム１０３
がマイクロプロセッサで構成されているので、制御ゲイ
ンとパラメータのアドレスの内容を変更するだけで容易
に運転者１４の好みに対応できる。

上記第１図の各制御サブシステム３〜７のマイクロプロ
セッサはそれぞれの制御要素の近くに配置され、運転者
情報制御ユニット１のプロセッサは表示ユニット２の近
くの車室内に配置される。

これらのマイクロプロセッサは第１１図の直列伝送用回
路６００を介してネットワーク６０に接続されている。

また各センサのアクセルペダルセンサ８とブレーキペダ
ルセンサ９とステアリングホイールセンサ１０は車室内
あるいは室内近くに配置されるので、これらは運転者情
報制御ユニット１のマイクロプロセッサに直接接続され
る。加速度センサ１１も車室内に取り付けられるので、
同じくマイクロプロセッサに直接接続される。レーダな
どの緊急状態センサ１２は車１３の前部に取り付けられ
るので、直列伝送用回路６００を介してネットワーク６
０に接続される。ここで運転者情報制御ユニット１と表
示ユニット２のマイクロプロセッサを車室内で同一基板
に取り付けることによって、緊急時のデータを迅速に運
転者１４に知らせることができる。

上記第２図の運転者情報制御ユニット１には車体１８に
関する動的モデル１０１が含まれている一方で、第６図
のドライブトレイン制御サブシステム４には車体１８に
関するオブザーバＡ４０３と制御要素のドライブトレイ
ン１７に関するオブザーバＢ４Ｏ２とが含まれており、
これらのオブザーバ４０３゜４０２は動的モデルから構
築されている。したがって第６図のドライブトレイン制
御サブシステム４のオブザーバＡ４０３のかわりに第２
図の運転者情報制御ユニット１の動的モデル１０１を流
用することができる。これにより複数個のプロセッサで
並列に動的モデルに関する演算を実行することが可能と
なって、サブシステムのマイクロプロセッサと制御ユニ
ット１のマイクロプロセッサの負担が軽くなる。

第１２図は第１図の運転者情報制御ユニット１とドライ
ブトレイン制御サブシステム４の機能をエンジン制御サ
ブシステム３に統合してエンジンドライブトレイン制御
サブシステム３０５とした装置の部分構成図である。第
１２図において、第１図の制御ユニット１とドライブト
レイン制御サブシステム４の機能をエンジン制御サブシ
ステム３に統合してエンジンドライブトレイン制御サブ
システム３０５とすることができ、他のブレーキ制御サ
ブシステム５とステアリング制御サブシステム６とサス
ベンシミン制御サブシステム７の動作は時間的に比較的
遅いので各サブシステム５，６．７として残存している
。これによりエンジン１６とドライブトレイン１７は緊
密に制御される。ここで第２図の運転者情報制御ユニッ
ト１の自動運転制御サブシステム１０２と安定性増強サ
ブシステム１０３はエンジンドライブトレイン制御サブ
システム３０５内に含まれる。各サブシステム３０５．
５．６．７は第１１図の直列伝送用回路６００を介して
ネットワーク６０に接続されている。

上記第１図の加速度センサ１１のかわりに車１３の車輪
回転速度の変化から車１３の加速度を推定するようにし
て、加速度センサ１１を省略することができる。ここで
車軸回転速度をｎとすると、車１３の進行方向の加速度
αは次式で表わされる。

二二にｋは定数である。したがって車軸回転速度センサ
の信号を運転者情報制御ユニット１に入力して、制御ユ
ニット１内のマイクロプロセッサで（１）式の演算を行
って加速度αを求め、これによって第１図の各制御サブ
システム３〜７を制御する。

上記第１図の運転者情報制御ユニット１と各制御サブシ
ステム３〜７の動的モデルとして状態方程式を用い、こ
れをディジタルシグナルプロセッサを用いて処理するこ
とができる。このシグナルプロセッサとしては例えばテ
キサス・インスツルメンツ社製のＴ　Ｍ　８３２０２Ｇ
を用いることができる。

これにより各制御サブシステム３〜７のマイクロプロセ
ッサの負担が軽減される。ここで状態変数をｘ（ｉ）と
すると次式で表わされる。

ｘ（ｉ）＝Ａｘ（ｉ−１）＋Ｂｕ（ｉ−１）−（２）こ
こにＡ、Ｂは定数でＵは入力である。この（２）式の演
算をディジタルシグナルプロセッサで高精度で高速に処
理する。

第１３図は第１図の各制御サブシステム３〜７のＣＡＭ
システムのハードウェアの構成図である。

第１３図において、第１図の各制御サブシステム３〜７
のエンジン制御システム３のハードウェアはＣＰ　Ｕ３
０６と、ＤＲＡＭ３０７と、　　Ｂ　ｕｓ　　Ｉ　ｎｔ
ｅｒｆａｃｅ３０８とから構成され、ドライブトレイン
制御サブシステム４はＣＰ　Ｕ４０６と、ＤＲＡＭ４０
７と、ＢｕｓＩ　ｎｔｅｒｆａｃｅ４０８とから構成さ
れ、ブレーキ制御サブシステム５はＣＰＵ５０６と、Ｄ
ＲＡＭ５０７と。

３１ｇ　ｌ　１ｔａｒｆａｃａ５０８とから構成される
ようにして。

各制御サブシステム３〜７はＢ　ｕｓ　Ｉ　ｎｔｅｒｆ
ａｃａ３Ｇ８　。

４０８、５０８などを介してネットワーク６０に接続さ
れ、各サブシステム３〜７と電気的に接続されている。

第１４図は第１３図の各制御サブシステム３〜７のドラ
イブトレイン制御システム４のＣＡＭに接続するセンサ
とアクチュエータの構成図である。第１４図において、
第１３図の各印御サブシステム３〜７の一例としてドラ
イブトレイン制御サブシステム４のＣＡＭに接続するセ
ンサとアクチュエータの構成を示し、上記ＣＰ　Ｕ４０
６からＩ　／　ＯＩ　ｎｔａｒｆ−ａｃｅ４０９を介し
て、スロットルバルブ制御用のスロットルアクチュエー
タ４１０とスロットルセンサ４１１が接続されるととも
に、変速機制御用の変速アクチュエータ４１２と変速信
号と変速位置などを検出する変速センサ４１３が接続さ
れている。つぎの第１５図から第２４図に第１図の自動
車の協調制御装置により得られる制御例のフローチャー
トを示す。

第１５図は第１図（第５図、第６図、第７図）のエンジ
ン、ドライブトレイン、ブレーキ制御サブシステム３，
４．５によるスリップ防止のための協調制御例のフロー
チャートである。第１５図において、まずステップ１５
１で車速Ｖと車輪速Ｖをリードし、ステップ１５２で発
進時などに生じるスピンホイールかブレーキ時などに生
じるロックホイールかを判断する。ロックホイールであ
ればステップ１５３．１５４テＸリツプ率Ｓ＝　（（Ｖ
−ｖ）／Ｖ）×１００％の演算を行い、スリップ率Ｓが
最適スリップ率２０％程度になるようにブレーキ圧を制
御して、ロックホイールが生じないようにする。またス
ピンホイールであればステップ１５５．１５６で路面と
タイヤ間の摩擦係数を最適にして最適スリップ率になる
ように、エンジン出力を低下する方向つまりスロットル
バルブを閉じる方向に制御して。

スピンホイールを防止する。

第１６図は第１図（第５図）のエンジン制御システム３
自体の制御例のフローチャートである。第１６図におい
て、まずステップ１６１で気筒別の空燃比をリードし、
ステップ１６２で設定空燃比（Ａ／Ｆ）、と実際の空燃
比Ａ／Ｆを気筒毎に比較する。

もしどこかの気筒が設定空燃比とずれていれば、ステッ
プ１６３でその気筒の燃焼時だけスロットルバルブかイ
ンジェクタを制御して設定空燃比にする。また設定空燃
比と合っていれば次のステップ１６４で気筒別の出力ト
ルクをリードし、ステップ１６５で実際のエンジントル
クＴと設定のエンジントルクＴ、を比較する。もしどこ
かの気筒が設定エンジントルクＴ、とずれていれば、ス
テップ１６６でスロットルバルブとインジェクタと点火
時期を制御して設定エンジントルクＴ６にする。このよ
うな制御プログラムを内蔵することにより気筒別のエン
ジン制御が可能となって、燃料経済性の向上はもとより
エンジンの振動をも低減することが可能になる。

第１７図は第１図（第６図）のドライブトレイン制御サ
ブシステム４による変速時のショック低減のための協調
制御例のフローチャートである。第１７図において、ま
ずステップ１７１でドライブトレイン制御サブシステム
４に存在する変速機のセンサ４１３から変速かどうかの
信号を判断する。もし変速時であればステップ１７２で
割込などで変速信号を優先的にスロットルバルブ制御部
へ送信し、ステップ１７３で油圧制御変速をスタートし
、ステップ１７４で回転数などから空気の遅れと変速時
期を判断してスロットルバルブを制御する。

第１８図は第１図の緊急・警報状態表示例のフローチャ
ートである。第１８図において、−例としてまずステッ
プ１８１．１８２で並列にスロットルバルブ制御が誤動
作か一１空燃比制御が誤動作かを判断して、もし両方と
も誤動作をしていた場合には両方ともステップ１８２の
知能化フィルタに入力される。

しかし運転者１４にとって空燃比制御の誤動作はさほど
問題ではなく、それよりもエンジン出力を決定するスロ
ットルバルブ制御の誤動作は人命にかかわる問題である
ため、運転者１４に知らせる必要がある。そこでステッ
プ１８３でスロットルアクチュエータ４１０の故障表示
のみを出力し、ステップ１８４でフェールセイフ手段を
作動させることを知らせる。

第１９図は第１図（第７図）のステアリング制御サブシ
ステム６によるアクティブ安全制御例のフローチャート
である。第１９図において、まずステップ１９１で運転
者１４が操作したステアリング信号Ｓと車体１８の加速
度信号Ｇをリードし、ステップ１９２でヨーレイトＹＩ
Ｓ、Ｇの関数ｆ　（Ｓ、Ｇ）で演算する。ついでステッ
プ１９３でヨーレイトＹを安全域であるヨーレイトＹ、
と比較し、それを越えた場合にはステップ１９４でスロ
ットルバルブ制御によりエンジン出力を制御して、実際
のヨーレイトＹが安全域のヨーレイトＹ、以下になるよ
うにする。

第２０図（ａ）、　（ｂ）は第１図（第９図）のエキス
パートシステム１０５によるスロットル開度の知識ベー
ス１１６とアクティブ安全のための予測制御例のフロー
チャートである。第２０図（ａ）、　（ｂ）において、
まず第２０図（ｂ）のステップ２０１で車体１８に設け
られた路面状況センサにより路面状況をリードし、ステ
ップ２０２で雪道かウェット（ぬれた路面）か舗装（か
わいた路面）かを判断する。ついでステップ２０３．２
０４．２０５で推論ユニット１１５で第２０図（ａ）の
各路面状況でのアクセルペダル踏込み量に対するスロッ
トル開度Ａ、Ｂ、Ｃの知識ベース１１６から、各路面状
況の雪道、ウェット、舗装に合った開度パターンＡ、Ｂ
、Ｃをリードし、ステップ２０６でスロットルバルブ制
御によりエンジン出力を制御して、環境変化に対しても
安全に走行することが可能となる。

第２１図は第１図（第１０図）の人工的応答システム１
１７による制御例のフローチャートである。第２１図に
おいて、まずステップ２１１で人工的応答システム１１
７において運転者１４が男か力の弱い運転技術の未熟な
女性あるいは老人かを判断し、もし女性か老人であれば
ステップ２１１で運転者１４が操作するアクセルペダル
１９をブレーキペダル２ｏとステアリングホイール２１
の反力を小さくして、運転者１４の要求に適合させる。

第２２図は第１図（第２図）の自動運転制御サブシステ
ム１０２による制御例のフローチャートである。第２２
図において、まずステップ２２１で運転者１４の要求す
る横加速度Ｇｒと実際の車体１８の横加速度ａｙをリー
ドし、ステップ２２２で車速Ｖをリードする。ついでス
テップ２２３で動的モデル１０１を用いてステアリング
角θを上記Ｇｙ、Ｇｒ、Ｖの関数ｇ　（ａｙｅ　Ｇｒ、
　Ｖ）で求めるとともに、ステアリング力Ｆを関数ｈ　
（Ｇ　ｙ　＊　Ｇ　ｒ　ｅ　Ｖ　）で求め、ステップ２
２４でステアリング角θとステアリング力Ｆを出力する
。

第２３図は第１図（第２図）の安定性増強サブシステム
１０３による制御例のフローチャートである。

第２３図において、まずステップ２３１で車体１８の加
速度Ｇの垂直加速度Ｇｓと左右加速度ａｙと前後加速度
Ｇｚとローリング加速度Ｇｒをリードし、どの加速度Ｇ
が振動しているかを判断する。もし左右加速度ａｙであ
ればステップ２３３で車速Ｖをリードし、ステップ２３
４で設定の左右加速度（Ｇｙ）ｓを車速Ｖの関数ｉ　（
Ｖ）で求め、ステップ２３５でステアリング角θを上記
（Ｇｙ）。の関数ｊ　（（ＧｙＬ）で求める。またステ
ップ２３６で加速度Ｇが上記ＧｓかＧｚかＯｒかを判断
し、垂直加速度Ｇ８であればステップ２３７で動的モデ
ル１０１を用いて四輪のサスペンションを制御して垂直
振動をおさえる。加速度Ｇが前後加速度Ｇｚであればス
テップ２３８で動的モデル１０１を用いて前輪と後輪の
サスペンションを交互に制御して前後振動をおさえる。

ローリング加速度Ｇｒであればステップ２３９で動的モ
デルｌｏｔを用いて左輪と右輪のサスペンションを交互
に制御し、ローリングをおさえて振動の少ない乗り心地
のよい制御を行う。

第２４図は第１図（第５図）のエンジン制御サブシステ
ム３によるトルク制御例のフローチャートである。第２
４図において、まずステップ２４１でアクセルペダル踏
込み量αをリードし、ステップ２４２で設定値のトルク
Ｔ１を上記αの関数ｋ（α）で求める。ついでステップ
２４３で実際のトルクＴと設定値のトルクＴ、を比較し
、一致しなければステップ２４４でインジェクタとスロ
ットルバルブプラグでそれぞれ燃料ｆと空気量Ｇａと点
火時期Ａｄを制御してトルクを一致させる。

［発明の効果］本発明によれば、エンジン、ドライブトレイン、ブレーキ、ステアリング、サスペンション制御サブシス
テムの協調制御が可能となるので、車の応答性と快適性
とアクティブ安全性を向上することができる。また制御
性増強、安定性増強の制御アルゴリズムと、２個のオブ
ザーバを用いた協調制御と、運転者支援システムと、エ
キスパートシステムによって、さらに緊急状態でも車の
安全な性能を引き出すことのできる人工的応答システム
によって、運転者の最適応答と快適性を保障することが
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動車の協調制御装置の一実施例
を示す構成図、第２図は第１図の運転者情報制御ユニッ
トの構成図、第３図（ａ）、　（ｂ）は第２図の自動運
転制御サブシステムによる加速時と減速時の車の動特性
測定例図、第４図（ａ）　、　（ｂ）は第２図の安定性
増強サブシステムによる加速度と減速時の車の他の動特
性測定例図、第５図は第１図のエンジン制御サブシステ
ムの構成図、第６図は第１図のドライブトレイン制御サ
ブシステムの構成図、第７図は第１図の他のブレーキ制
御サブシステムほかの構成図、第８図は第１図の運転者
支援システムの構成図、第９図は第８図のエキスパート
システムのソフトウェア構成図、第１０図は第１図の人
工的応答システムの構成図、第１１図は第１図の各制御
サブシステムの直列伝送用回路の構成図、第１２図は第
１図の一部機能をエンジンドライブトレイン制御システ
ムに統合した装置の部分構成図、第１３図は第１図の各
制御サブシステムのＣＡＮシステムのハードウェア構成
図、第１４図は第１図（第１３図）のドライブトレイン
制御サブシステムのＣＡＭに接続するセンサとアクチュ
エータの構成図、第１５図は第１図のエンジン、ドライ
ブトレイン、ブレーキ制御サブシステムによるスリップ
防止の協調制御フローチャート、第１６図は第１図（第
５図）のエンジン制御サブシステムの制御フローチャー
ト、第１７図は第１図（第６図）のドライブトレイン制
御サブシステムによる変速時ショック低減の協調制御フ
ローチャート、第１８図は第１図の緊急・警報状態表示
例のフローチャ−ト、第１９図は第１図（第７図）のス
テアリング制御サブシステムによるアクティブ安全制御
フローチャート、第２０図（ａ）＊　（ｂ）は第１図（
第９図）のエキスパートシステムによるスロットル開度
の知識ベースとアクティブ安全予測制御フローチャート
、第２１図は第１図（第１θ図）の人工的応答システム
による制御フローチャート、第２２図は第１図（第２図
）の自動運転制御サブシステムによる制御フローチャー
ト、第２３図は第１図（第２図）の安定性増強サブシス
テムによる制御フローチャート、第２４図は第１図（第
５図）のエンジン制御サブシステムによるトルク制御フ
ローチャートである。１・・・運転者情報制御ユニット（制御手段）、２・・
・表示ユニット（表示手段）、３・・・エンジン制御サ
ブシステム、４・・・ドライブトレイン制御サブシステ
ム、５・・・ブレーキ制御サブシステム、６・・・ステ
アリング制御サブシステム、７・・・サスペンシミン制
御サブシステム、８・・・アクセルペダルセンサ、９・
・・ブレーキペダルセンサ、ｌＯ・・・ステアリングホ
イールセンサ、１１・・・加速度センサ、１２・・・緊
急状態センサ（レーダ）、６０・・・ネットワーク、１
０１・・・車の動的モデル、１０２・・・自動運転制御
サブシステム、１０３・・・安定性増強サブシステム、
１０４・・・運転者支援システム、　ｉｏｓ・・・エキ
スパートシステム、１１７・・・人工的応答システム、
６００・・・直列伝送用回路。代理人　弁理士　　秋　本　正　実第図（ｃＬ）加速時纂十図（山）加速時（ｂ）Ａ速時時間（Ｓ）察Ｉ２図纂図纂図集図察Ｓ図察図集図第　２０図（ｃＬ）（ｂ）察ｑ図第図稟図集閲

Claims

【特許請求の範囲】

１．車の動的モデルの他に、エンジンと、ドライブトレ
インと、ブレーキと、ステアリングと、サスペンション
等の制御要素の動的モデルのうちの少なくとも１つの動
的モデルを用いて、車の制御要素を関連して制御する制
御手段を備えた自動車の協調制御装置。
２．車の動的モデルを用いた自動運転制御サブシステム
と、安定性増強サブシステムとを含む請求項１記載の自
動車の協調制御装置。
３．ドライブトレインのトルクに関する情報と、エンジ
ンの燃焼速度に関する情報とを基に、エンジンとドライ
ブトレインを制御する請求項１記載の自動車の協調制御
装置。
４．エンジンとドライブトレインに関するオブザーバと
、車体に関するオブザーバとを用いて、エンジンとドラ
イブトレインを制御する請求項１記載の自動車の協調制
御装置。
５．ブレーキと、ステアリングと、サスペンション等の
サーボとアクチュエータに関するオブザーバと、車体に
関するオブザーバとを用いて、上記制御要素を制御する
請求項１記載の自動車の協調制御装置。
６．エキスパートシステムを持つ運転者支援システムを
含む請求項１記載の自動車の協調制御装置。
７．推論ユニットと知識ベースを持つエキスパートシス
テムを含む請求項６記載の自動車の協調制御装置。
８．アクセルペダルとブレーキペダルとステアリングホ
イールの操作力を、車の加減速度と横加速度とに関連づ
けて制御するセンサとアクチュエータを持つ人工的応答
システムを含む請求項１記載の自動車の協調制御装置。
９．制御要素をネットワークに接続する直列伝送用回路
を含む請求項１または請求項２または請求項６または請
求項８記載の自動車の協調制御装置。
１０．動的モデルを車と制御要素の経時変化に適応させ
た請求項１記載の自動車の協調制御装置。
１１．運転者の好みに応じて自動運転制御サブシステム
と安定性増強サブシステムの制御ゲインとパラメータを
変えるようにした請求項２記載の自動車の協調制御装置
。
１２．制御手段と表示手段のマイクロプロセッサを車室
内で同一基板に取り付けた請求項１または請求項９記載
の自動車の協調制御装置。
１３．複数個の動的モデルに関する演算を、複数個のプ
ロセッサで並列的に処理し、複数個の制御要素を並列し
て制御する請求項１記載の自動車の協調制御装置。