JPH0431135A - 車両用定速走行制御装置 - Google Patents

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、　車両の定速走行制御装置に関するものであ
る。

従来の技術 従来の車両用定速走行制御装置は、　車速センサで実車
速を検出し　運転車の意志により目標車速を設定じ　実
車速が目標車速に収束するようにＰ　Ｉ−ＰＤ制孤　ま
たはＩ−ＰＤ制御などのフィードバック１１を行ってい
る。この時、走行負荷の変（Ｌ　　即ち勾配の変化や、
空気抵抗の変化などにより、車両の動特性が変化してし
まし＼　目標車速への収束性が常に一定とはならず異な
ったものとなってしまう。そこで、　この走行負荷の変
化に拘らず、目標車速への一定の収束性を得るためにス
ロットルバルブを駆動するアクチュエータへの操作量を
算出する為の複数の制御ゲインを、走行負荷の変化に応
じて調整する必要があり、この調整に多大な労力が必要
となる。例えば　特開平１１５３３４４号公報記載のよ
うに　Ｐ＋　Ｉ−Ｐ＋Ｄ制御により、スロットルバルブ
への操作量を算出し現在のスロットル開度と平地での定
常走行に要するスロットル開度との差により、走行負荷
を算出し　この走行負荷の増大に応じて、前向き制御系
Ｐ＋Ｉの比例定数と積分定数を大きくし　負帰還制御系
Ｐ＋Ｄの比例定数と微分定数を小さくすることにより走
行負荷の相違に拘らず目標車速への収束性を一定にし　
良好な定速走行制御を実現しようとしている。

発明が解決しようとする課題 しかしなが収　このようなＰ＋Ｉ−Ｐ＋り制御等のフィ
ードバック制御を基本とした従来の定速走行制御装置に
おいては、　走行負荷に応じた制御ゲインの変更にとも
なって、制御系全体のバランスがくずれ　不安定な系に
なり易くなる。即叛上記制御系の各制御ゲインには、　
各々密接な関係があり、どれか一つのゲイン、例えば　
前述した公報記載のように　負帰還微分項に於ける制御
ゲインだけを変更すると、他の比例項ゲインや、前向き
制御系のゲインまでも変更してやらなければ望ましい応
答波形を得ることは難しく、また　悪ければ少しの外乱
に対してｋ　系全体として不安定になってしまうことも
あも 前述の公報記載のように　全制御ゲインを変更して、定
速走行中に考えられる全ての走行負荷の変化に対して、
常に安定で、希望する応答を得る最適な制御ゲインとす
る為には、　全てのゲインをバランス良く決定する必要
があり、ま１．　　定量的には求めることが出来ず、定
性的にしか求めることが出来なり〜 そこで、このゲイン決定作業は　この様なフィードバッ
ク制御系に於いては、　困難な作業であり、実験的作業
により、カット・アンド・トライで決定しなければなら
な（〜　このム　ゲイン調整作業が膨大なものとなり、
しかも常に性能の良い制御ゲインを得ることは　非常に
困難であるという問題点かあも 本発明は、　上記のような従来の問題点に着目してなさ
れたもので、微小時間の変動が一定であるという概念を
導入し　未知の項を推定する適応制御の一服　即ちタイ
ム・ディレイ・コントロールを用℃（走行負荷の変化に
よる車両動特性の変動に対して耘　その変動値を検出す
ることにより、最適な制御ゲインを非常に簡単に逐次決
定することができる。よって、坂道などの外乱に対して
、この算出された制御ゲインに逐次更新して行くことに
より、様々な走行状態の場合に於いてＬ　精度の良い定
速走行制御を実現することができる車両用定速走行制御
装置を提供することを目的とすム 課題を解決するための手段 本発明は上記の問題点を解決するた八　車両の実車速を
検出する車速検出手段と、運転者の意志により目標車速
を設定する目標値設定手段と、実車速が目標車速に一致
するようにスロットルバルブを駆動するアクチュエータ
への制御量を、前記車速検出手段により検出された車速
と、前記目標車速とを用℃＼　タイム・ディレイ・コン
トロール制御則により演算する制御量演算手段と、走行
中の走行負荷の変化を検出手段と、前記走行負荷検出手
段と、前記走行負荷検出手段の検出値に応じて前記タイ
ム・ディレイ・コントロールの制御ゲインを逐次算出し
　その値に更新していくゲイン更新手段とを備えた構成
とする。

作用 本発明は上述の構成によって、定速走行中の走行負荷の
変化量と、タイム・デイレイ・コントロルの制御則より
、走行負荷が変化する毎に　安定な制御ゲインを算出し
　逐次更新することにより、目標車速への収束性を、走
行負荷の変動の影響を受けることなく、常に一定となる
ようにアクチュエータへの制御量を算出する事ができ、
安定で収束性の良（＼　定速走行制御を行なうことが出
来も 実施例 以下、車両対象は自動車とし　本発明の実施例を図面に
基づいて説明すも はじめ艮　車両用定速走行制御装置のシステム構成及び
制御系の構成に付いて述べる。第１図は本発明の一実施
例を概念的に示した構成図であム車速検出手段１１によ
り実車速を読み込べ　目標値設定手段１２により、セッ
トされた時の実車速が目標車速として設定される。そし
て実車速が目標車速とな数　即ち実車速と目標車速との
偏差が零となるように　制御量演算手段１３により、前
記偏差を基に　アクチュエータ１６への制御量が算出さ
れ　スロットルバルブ１７の開度が操作されも　この時
の制御ゲインは、　走行負荷検出手段１５により検出さ
れたスロットルバルブ開度値と実車速を基にゲイン更新
手段１４により逐次与えられ　常に適正な制御量が算出
される。

第２図は上記一実施例の制御ブロック図であａこの図を
基に適応制御の一種であるタイム・ディレイ・コントロ
ール（ＴＤＣ）の制御概念について説明する。目標開度
入力Ｕによりアクチュエータ１６はスロットルバルブ１
７の開度を調節し車速をコントロールする。この車速Ｖ
は、　車速検出手段１１により読み込まれ　セットされ
た時の実車速を目標車速Ｒとして、目標値設定手段１２
で記憶されも　モデル１３１　ｉ表　　実車速Ｖカ（目
標車速Ｒに収束する時の希望応答波形を与えるもので、
その時々の目標軌道車速Ｖｍを出力す４　この目標軌道
車速Ｖｍと実車速Ｖとの偏差ｅが零となるようにＴＤＣ
制御式１３２によりアクチュエータ１６への制御量Ｕが
算出されも 以上の操作により、実車速ｖ７５＜、目標車速Ｒに希望
の応答特性で追従する速度制御を行なうことが出来る。

ここで、制御量Ｕを算出する制御ゲインは　以下の手順
で設定される。まず、制御周期毎にスロットル開度検出
１５２で検出されたスロットル開度量と、実車速Ｖとか
収　走行負荷演算手段１５１で走行負荷が算出される。

そして、この値に応じて逐次、ゲイン更新手段１４で新
たな制御ゲインを算出し　自動的に更新して行く。そし
て、この更新された制御ゲインを用いて、常に安定で収
束性が一定となるような制御入力が算出される。次に　
タイム・ディレイ・コントロールの制御系設計、及び、
走行負荷に応じた　安定な制御ゲインの導出に付いて説
明する。

まず、スロットルバルブ１７への目標開度入力をＵ　（
Ｓ）とし　実車速をその出力Ｖ　（Ｓ）とすると、この
間の伝達関数Ｇ（Ｓ）は次式で与えられる。

次に　タイム・ディレイ・コントロール（以下ＴＤＣ）
の制御系設計について説明する。こへＴ　Ｄ　Ｃ１１未
知の動特性を持つシステムに対して有効なコントローラ
であり、以下、非線形プラントに対して規範モデルに追
従する制御則を求める方法を説明すも　これについてＬ
Ｌ、　　Ｙｏｕｃｅｆ−Ｔｏｕｍｉ、に、　ａｎｄ　Ｉ
ｔｏ、Ｏ１’Ｏｎ　Ｍｏｄｅｌ　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　
ＣｏｎｔｒｏｌＵｓｉｎｇ　Ｔｉｍｅ　Ｄｅｌａｙ　ｆ
ｏｒ　Ｎｏｎ１ｉｎｅａｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ｗｉｔｈ
Ｕｎｋｎｏｗｎ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ’Ｍ、１．Ｔ、Ｒｅ
ｐｏｒｔ　ＬＭＰ／ＲＢＴ　８６−０６゜Ｊｕｎｅ、　
１９８６．等に詳細が出ていもまず、（１）式を時間領
域に直すと、 Ｖ（ｔ）−−ａ　Ｖ（ｔ）＋ｂＬＩ（ｔ）　　　　　　
　　　　　　　（２）ａ、　　ｂは未知で、変動幅が以
下のように分かっているものとする。

０　＜　　ａｍｉｎ　＜　　ａ　　＜　　ａｍａｘ　　
　　　　　　　　（３）０　＜　　ｂｍｉｎ　＜　　ｂ
　　＜　　ｂｍａｘ　　　　　　　　　　（４）また　
安定類　規範モデルを次式で与える。

Ｖｍ（ｔ）＝−ａｍＶｍ（ｔ）＋ｂｍＲ（ｔ＞　　ａｍ
、ｂｒｎ＞０　　　　（５）次に規範誤差モデルを次式
で与える。

ｅ　　（ｔ）−−（ａｍ十Ｋ）ｅ　　（ｔ）　　　　　
　　　　ａｍ＋Ｋ＞Ｏ（６）ただＬ　　ｅ　（ｔ）−Ｖ
ｍ（ｔ）−Ｖ（ｔ）　　　　　　　（７）ここで、Ｋは
エラーフィードバックゲインであり、エラーフィードバ
ックゲインＫを適正に選ぶことにより、希望するエラー
ダイナミックスにすることが出来る。

（２）、　（５）、　（７）式より（６）式の関係を導
くと、次式となる。

ｅ　　−−ａｍ　ｅ　　−ａｍＶ＋ｂｍＲ＋ａ　Ｖ−ｂ
　Ｕ　　　　　　　　　　　　　　（８）ａｍＶ＋ｂｍ
Ｒ＋　ａ　Ｖ−ｂ　Ｕ−−Ｋ　ｅ　　　　　　　　　　
　（９）よって、（９）式が成り立つような制御人力Ｕ
を与えれば（６）式を満足させる応答を得ることが出来
る。

即ち次式で制御入力を与えればよい。

Ｕ＝　ｂ　−’　（−ａｍＶ＋ｂｍＲ＋ａ　Ｖ十Ｋ　ｅ
　　）　　　　　　　　　　　　　　（１０）しかし　
上式に於て未知変数ａ、　　ｂが含まれており、　この
ままでは制御人力Ｕを決定することはできなり〜　そこ
で、この未知の部分を推定することを考えも まず、（２）式を以下のように未知部分ａＶと他の部分
とに分ける。

ａ　ｖ−−ｖ＋　ｂ　Ｕ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（１１）ここで、Ｌを微小な時間遅れとＬ　　
ａＶ−ｈとして、以下のように仮定する。

ｈ（ｔ）＋　ｈ（ｔ−Ｌ）　　　　　　　　　　　　（
１２）（１１）、（１２）式より未知項りは次式で推定
される。

ｈ（ｔ）−Ｖ（ｔ−Ｌ）＋ｂ　Ｕ（ｔ−Ｌ）　　　　　
　　　　　　　（１３）この推定値を、（ｌＯ）式に代
入すると、定速走行制御に関するタイム・ディレイ・コ
ントロールの制御則が次式で与えられる。

Ｕ（ｔ）−Ｕ（ｔ−Ｌ）＋ｂ　−＋　ｆＪ／（ｔ−Ｌ）
ａｍＶ（ｔ）＋ｂｍＲ＋Ｋｅ　］　　　　　　　　　　
　　（１４）しかし　制御人力Ｕを演算する（１４）式
にＧ１　　未知項のｂが含まれているので、このままで
はアクチュエータへの制御人力Ｕ（ｔ）を決定すること
が出来なＩＩ〜 そこで、 制御系力（ 安定となるような りの推定 値　ｂを（１４）式に代入して、実際の制御入力を得も
即ち次式で制御入力を与える。

Ｕ（ｔ）−Ｕ（ｔ−Ｌ）＋ｂ　−’　（−Ｖ（ｔ−Ｌ）
−ａｍＶ（ｔ）＋ｂｍＲ＋Ｋｅ　）　　　　　ｂ＞Ｏ（
１５）（１５）式により与えられゑ　制御則を詳しく表
わしたブロック図が第３図である。制御対象３１くある
制御人力Ｕが与えられると、車速Ｖが出力される。目標
車速Ｒを入力としモデル３３より、目標軌道車速Ｖｍが
出力される。このＶｍとＶの偏差ｅと目標車速Ｒと実車
速Ｖと前記各パラメータとで、タイム・デイレイ・コン
トローラ３２が構成され　偏差ｅがゼロとなるように制
御対象ｏ１への制御人力Ｕが算出される。

ココテ、−Ｖ（ｔ−Ｌ）、Ｕ（ｔ−Ｌ）にＬ　　フラン
ｈノ未知部分打ち消し項であり、−ａｍｐ（ｔ）＋ｂｍ
Ｒ１＆　　規範モデルの動特性挿入項 Ｋｅｉよ 誤差フィードバック類であ る。

次に　制御系全体が安定となるような　推定値すの導出
に付いて説明する。

まず、（１５）式をラプラス変ＭＬ　　整理すると次式
となる。

ｂ　（１−ｅ　−”）Ｕ（Ｓ）Ｊ−（Ｓｅ　−Ｌｓ＋ａ
ｍ）Ｖ（Ｓ）＋ｂｍＲ（Ｓ）＋Ｋｅ　（Ｓ）］　　　　
（１６）ま？＝　　（２）、　（５）、　（７）式も同
様にラプラス変換すもＵ（Ｓ）−ｂ　−’　（Ｓ＋　ａ
　）Ｖ（Ｓ）　　　　　　　　　　（１７）ｂｍＲ（Ｓ
）−（Ｓ＋ａｍ）Ｖｍ（Ｓ）　　　　　　　　　　　（
１８）ｅ　（Ｓ）−ＶＩＩＩ（Ｓ）−Ｖ（Ｓ）　　　　
　　　　　　　　（１９）（１６）〜（１９）式より、
次式を得も（ｂ　ｂ　−’　（Ｓ＋ａ　）（１−ｅ　−
Ｌｓ）＋Ｓ　ｅ　−”＋ａｍ＋Ｋ）Ｖ（Ｓ）−（Ｓ＋ａ
ｍ＋Ｋ）Ｖｍ（Ｓ）　　　　　　　　　　　　　（２０
）ここで、パディ近似を（２０）式に用いる。即ち次式
を代入する。

ｅ　−”−（２−ＬＳ）／（２＋ＬＳ）　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　（２１）Ｖｍ（Ｓ） ２　ｂ　　ｂ　−’　（Ｓ＋ａ　　）ＬＳ＋５（２−Ｌ
Ｓ）＋（２＋ＬＳ）（ａｍ＋Ｋ）よって、上式が安定と
なる条件（表　ラウスの安定判別により求められる。

まず、（２２）式の分母をＦ（Ｓ）とＬＳに付いて整理
する。

Ｆ（Ｓ）−（２ｂ　　ｂ二’　−１）ＬＳ２＋　　　　
　　　　　　　　　（２３）［（２ａ　　ｂ　　ｂ　−
’＋ａｍ＋Ｋ）Ｌ＋２１Ｓ＋２（ａｍ＋Ｋ）−Ａ＠Ｓ２
＋Ａ＋Ｓ＋Ａ２ ここで、（３）〜（６）式および（１５）式のパラメー
タ範囲より、ＡＩ　、　Ａ２は正であることが分かるの
で、次式が安定性の必要十分条件となる。

Ａｓ”（２ｂ　ｂヘー’−１）Ｌ＞Ｏ（２４）よって、
ｂの条件は次式で与えられる。

ｂ＞ｂ／２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（２５）これより、　ｂは真の値の１／２以上
に取らなければならな（ｔ　そこで、（４）式のパラメ
ータ範囲を考慮に入れると、（２５）式は次式となる。

ｂ　＞　ｂ　ｍａｘ／２　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　（２６）以上により、この推定値と、（１
５）式で得られる制御人力Ｕを用いることにより、（６
）式の規範誤差モデルを満足する応答を得ることが出来
る。

よって、走行中にパラメータの変動分ｂ　ｍａｘが分か
れば　（２６）式により最適な推定値を逐次得ることが
出来も　ここで、走行負荷の変動と、（４）式のパラメ
ータ変動とは、　はぼ等価と考えることができる。つま
り、走行負荷が大きいと言うことは、（１）式で表わさ
れる制御対象のゲインが小さいことと等価である。埋板
　走行負荷が大きいことは、り　ｍａｘが小さくなるこ
とを意味し　逆に走行負荷が小さいことｌ戴ｂｍａｘが
大きくなることを意味する。

具体的に走行負荷として路面勾配を考えると、上り時は
走行負荷が太き（ｂｍａｘは小であり、下り時は走行負
荷が小さくｂｍａｘは犬となる。上り時のｂ　ｍａｘを
ｂ　ｕｐｍａｘ、　　下りをｂｄｏｗｎｍａＸ、　平坦
時をｂｏｍａｘとすると、以下の不等式が成り立つ。

ｂ　ｄｃｗｎｍａｘ＞　ｂ　Ｏｍａｘ＞　ｂ　ｕｐｍａ
ｘよって、（２６）式よりｂ　ｍａｘとしてｂ　ｄｏｗ
ｎｍａｘを用いれば全ての場合に於て安定な定速走行制
御が行える力交　様々な要因でｂ　ｍａｘは変動するの
で一意に決定することはできなし℃　ま７’Ｑ　　ｂｍ
ａｘを実際の値に比べ非常に大きな値としてｂを推定す
ると、常に安定性は保証される力丈　満足のいく応答性
を得ることはできなしも よって、走行負荷を検出し　実際のｂ　ｍａｘの変動幅
を捉えることにより、（２６）式を用いて推定値すを逐
次更新し　最適な制御ゲインを算出する事が出来も　こ
こで、この走行負荷の変動は、　実車速とスロットル開
度より求めることが出来孔　即板（１）式から分かるよ
うに車速の変化量をスロットル開度の変化量で除算した
値が走行負荷と比例するものであると考えられる。

よって、（４）式に相当するパラメータ変動を、走行負
荷検出により求秩　走行負荷変動時の推定値すが（２６
）により求まる。そして、（６）式の規範誤差モデルを
常に満足すＬ　即板　走行負荷の変動に拘らず、目標車
速への収束性が常に一定となる制御人力Ｕを、（１５）
式により与えることが出来る。

鑞　プラント、規範モデルとも１次として設計した力（
２次でも良く、それ以上の高次でも同様の事が言えも　
また　アクチュエータをステッピングモータとじ　その
駆動パルス数をカウントすることにより、スロットル開
度センサを用いずにスロットル開度量を求めても良１．
Ｘ。

また　走行負荷検出に於て道路勾配検出センサを用いて
もよＬ〜 発明の効果 以上のように　本発明は、　希望する応答を示す規範モ
デルを与え　走行東　走行負荷に応じて制御ゲインパラ
メータを１つだけ逐次更新することにより、走行負荷変
動に拘らず、目標車速への収束性を常に一定とし　安定
で追従性が良く、また乗り心地のよ（＼　即ちスロット
ルバルブ開度の変化量が小さい定速走行制御を実現出来
るという効果を有すも

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の車両用定速走行制御装置の概念構成医
　第２図は制御ブロック＠　第３図はタイム・デイレイ
・コントローラの制御則の構成図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）実車速を検出する車速検出手段と、車速を調整す
   るアクチュエータと、目標車速を設定する目標値設定手
   段と、前記車速検出手段の出力が目標車速となるように
   前記アクチュエータに適応制御の一つであるタイム・デ
   ィレイ・コントロールにより、制御入力を与える制御量
   演算手段と、定速走行中、逐次、走行負荷を検出する走
   行負荷検出手段と、前記走行負荷検出手段の検出値に応
   じて前記タイム・ディレイ・コントロールの制御ゲイン
   を自動的に更新するゲイン更新手段とを備え、前記制御
   ゲインの更新値は、走行負荷の変動値と、タイム・ディ
   レイ・コントロールにより逐次算出されることを特徴と
   する、車両用定速走行制御装置。
2. （２）走行負荷検出は、実車速と、スロットルバルブ開
   度を検出することにより得られることを特徴とする請求
   項１記載の車両用定速走行制御装置。