JPH08513B2

JPH08513B2 - 車両用定速走行制御装置

Info

Publication number: JPH08513B2
Application number: JP2154742A
Authority: JP
Inventors: 明石田; 雅弘高田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-06-13
Filing date: 1990-06-13
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPH0446827A

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。

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し、実
車速が目標車速に収束するように、RID制御を基本とし
た様々なフィードバック制御を行っている。このとき、
変速段の変化や、走行負荷の変化、すなわち勾配の変化
や、空気抵抗の変化、また、車載重量の変化などによ
り、車両の動特性が変化してしまい、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、この車両動特性の変化にかかわらず、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ための複数
の制御ゲインを、変速段の変化や、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。たとえば、特開平１−153344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
負荷の相違に拘わ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ら、このようなＰ＋Ｉ−Ｐ＋Ｄ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、その制御対象に要求される動作は、目標点
（車速）が定点から定点へと移動するPTP（Point to Po
int）動作である。すなわち、保障されている動作は、
ある走行時の車速から設定された目標車速までの２点間
の移行動作だけであり、目標点が連続的に移動するCP
（Continuous Path）動作には適さないという問題があ
る。すなわち、車速が目標車速へ収束するまでの目標軌
跡に対しては、その追従性を保障しておらず、そのため
どのような状態においても、常に一定の収束性、すなわ
ち同じ目標軌跡に沿って収束させることは、従来のPID
制御では非常に困難である。

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種、すなわち
タイム・ディレイ・コントロールを用い、車速が目標車
速へ収束するときの目標とする応答波形の軌跡を時間の
関数によって与え、この与えられた軌跡を基準として誤
差ベクトルを定義することにより、変速段位置や走行負
荷の変化による車両動特性の変動に対しても、常に、こ
の与えられた軌跡に沿って一定の収束性で目標車速に収
束することができる車両用定速走行制御装置を提供する
ことを目的とする。

課題を解決するための手段本発明は上記の目的を達成するため、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、車速が目標車速へ収束す
るときの目標軌跡を与える目標軌跡設定手段と、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、前記目標軌跡設定手段により与え
られる目標軌跡車速とを用い、これらの誤差を零とする
軌跡追従型タイム・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を備えた構成を有する。

作用本発明は上述の構成によって、予め正規化された目標
点間、すなわち復帰時の希望応答波形の軌跡を設定して
おき、この目標軌跡と実車速との差を誤差ベクトルとす
るタイム・ディレイ・コントロール、すなわち軌跡追従
型タイム・ディレイ・コントロールで、スロットルバル
ブ開度の操作量を算出することにより、目標車速への収
束性を、変速段位置の変化や走行負荷の変動の影響を受
けることなく、常に希望応答波形の軌跡と一致するよう
にアクチュエータを制御することができ、安定で収束性
の良い、定速走行制御を行なうことができる。

実施例以下、対象車両は自動車とし、本発明の実施例を図面
に基づいて説明する。

はじめに、車両用定速走行制御装置のシステム構成お
よ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る。リジューム時の
希望応答波形の軌跡を目標軌跡設定手段14で与え、車速
検出手段11で実車速を検出し、目標値設定手段12で目標
車速が設定され、前記目標軌跡設定手段の出力と、実車
速と、目標車速とから、制御量演算手段13で実車速が目
標車速に希望の応答波形で一致するようアクチュエータ
15への制御量を算出する。第２図は本発明の一実施例の
システム構成図である。図中28は、CPU,ROM,RAM,I/O等
で構成された制御回路であり、各種センサやスイッチな
どの入力信号により、定速走行制御を行う。23は、アク
チュエータ電源や、制御回路への電源を供給するメイン
スイッチで、21は目標車速を設定するセットスイッチ
と、目標車速の設定値を下げるコーストスイッチの兼用
スイッチであり、22は目標車速へ復帰するリジュームス
イッチと、目標車速の設定値を上げるアクセルスイッチ
の兼用スイッチである。25は、ブレーキを踏むとONされ
るブレーキスイッチであり、24は、セットおよびリジュ
ーム機能を解除するキャンセルスイッチ、26は実車速を
検出する車速センサ、27は、変速段がニュートラルまた
は、パーキング位置にあることを検出するニュートラル
・パーキングスイッチで、29は定速走行を開始または終
了するときに、アクチュエータ210への電源を供給また
は遮断するソレノイドである。セットスイッチ21また
は、リジュームスイッチ22のONにより定速走行制御が開
始されると、制御回路28により、ソレノイド29がONさ
れ、車速センサ26の実車速と、セットされた目標車速と
の差を算出し、この値と、予めROMに内蔵されている正
規化された目標軌跡とから、目標軌跡車速が求まる。そ
して、この目標軌跡車速と実車速との誤差が零となるよ
うに制御量を算出し、アクチュエータ210へ出力する。
そして、このアクチュエータ210の駆動により211のスロ
ットルバルブを開閉し、エンジンヘの燃料供給量を調整
することにより、定速走行制御を実現している。

第３図は上記一実施例の制御ブロック図である。この
図を基に適応制御の一種である軌跡追従型のタイム・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35はスロッ
トルバルブ36の開度を調節し、車速をコントロールす
る。この車速Ｖは、車速センサ33により読み込まれ、前
記目標値設定手段によりセットされたときの実車速を目
標車速Ｒとして、目標車速設定31で記憶される。リジュ
ームスイッチ22がONされると、そのときの実車速Ｖと目
標車速Ｒとの差から、正規化目標軌跡マップ32により、
目標軌跡車速Vdが与えられる。この目標軌跡車速Vdは、
収束時の希望応答波形を時系列で与えたもので、実車速
Ｖと目標軌跡車速Vdとの偏差ｅが零となるようにTDC制
御式34によりアクチュエータ35への制御量Ｕが算出され
る。

以上の操作により、実車速Ｖが、目標車速Ｒに希望の
応答特性で追従する、すなわち目標軌跡車速Vdに追従す
る速度制御を行なうことができ、常に安定で収束性が一
定となるような定速走行制御が実現できる。つぎに、こ
の軌跡追従型のタイム・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。

まず、スロットルバルブ36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。

このTDCは、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、CP動作に適した軌跡追従型の制御則を求める。これ
については、伊藤修他著「軌跡追従型タイム・ディレイ
・コントロールの提案とそのロボットマニピュレータ制
御への応用」（密工学会誌55/12/1989）等に詳細が出て
いる。

まず、（１）式を時間領域に直すと、Ｖ（ｔ）＝−aV（ｔ）＋bu（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＜a min＜ａ＜a max （３）０＜b min＜ｂ＜b max （４）ここで車速Ｖの目標軌跡車速をVdとし、この偏差を誤
差ｅとして、次式により定義する。

ｅ＝Vd−Ｖ（５）（２），（５）式より誤差の動特性を支配する次式が
得られる。

ｅ（ｔ）＝Vd（ｔ）＋aV（ｔ）−bU（ｔ）（６）ここで、Ｕが次式を常に満足するように決定すること
ができれば Vd（ｔ）＋aV（ｔ）−bU（ｔ）＝−Ae・ｅ（ｔ）（７）（６），（７）式より次式を得る。

ｅ（ｔ）＝−Ae・ｅ（ｔ） Ae＞Ｏ（８）よって、Aeにより、任意の誤差動特性が定義できる。

（７）式より制御入力Ｕを求めると次式となる。

Ｕ＝b^-1（ｄ＋aV＋Ae・ｅ）（９）しかし、上式において未知変数a,bが含まれており、
このままでは制御入力Ｕを決定することはできない。そ
こで、この未知の部分を推定することを考える。

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。

aV＝−＋bU （10）ここで、Ｌを微小な時間遅れとし、aV＝ｈとして、以
下のように仮定する。

ｈ（ｔ）≒ｈ（ｔ−Ｌ）（11）（10），（11）式より未知項ｈは次式で推定される。

（ｔ）＝−（ｔ−Ｌ）＋bU（ｔ−Ｌ）（12）この推定値を（９）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^-1｛−Ｖ（ｔ−Ｌ）＋Vd（ｔ）＋Ae・ｅ｝（13）しかし、制御入力Ｕを演算する（13）式は未知項の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
制御入力Ｕ（ｔ）を決定することができない。そこで、
制御系が安定となるようなｂの推定値を（14）式に代
入して、実際の制御入力を得る。

即ち次式で制御入力を与える。

Ｕ（ｔ）＝Ｕ（ｔ−Ｌ）＋^-1｛−Ｖ（ｔ−Ｌ）＋Vd（ｔ）＋Ae・ｅ｝＞Ｏ（14）（14）式により与えられる制御則を詳しく表わしたブ
ロック図が第４図である制御対象43にある制御入力Ｕが
与えられると、車速Ｖが出力される。目標軌跡車速Vdと
Ｖの偏差をｅとし、このVdとｅにより目標誤差特性挿入
部41で誤差収束性の保障をし、実車速ＶとＵにより未知
特性打消部42で非線形項を推定することにより、軌跡追
従型タイム・ディレイ・コントローラ44が構成され、偏
差ｅがゼロとなるような、希望する応答波形となるよう
な制御対象41への制御入力Ｕが算出される。

すなわち、−Ｖ（−Ｌ）、Ｕ（ｔ−Ｌ）は、プラン
トの未知部分打ち消し項であり、ｄ（ｔ）＋Ae・ｅ
は、任意の目標軌跡に対する誤差動特性挿入項である。

つぎに、制御系全体が安定となるような、推定値の
導出に付いて説明する。まず、（14）式をラプラス変換
すると次式となる。

（１−e^-LS）Ｕ（Ｓ）＝｛−（Se^-LS＋Ae）Ｖ(Ｓ) ＋（Ｓ＋Ae）Vd（Ｓ）｝（15）また、（２）式も同様にラプラス変換する。

Ｕ（Ｓ）＝b^-1（Ｓ＋ａ）Ｖ（Ｓ）（16）（15），（16）式より、次式を得る。

｛b^-1（Ｓ＋ａ）（１−e^-LS）＋Se^-LS＋Ae｝Ｖ(Ｓ) ＝（Ｓ＋Ae）Vd（Ｓ）（17）ここで、パディ近似を（17）式に用いる。即ち次式を
代入する。

e^-LS＝（２−LS）／（２＋LS）（18）よって、上式が安定となる条件は、ラウスの安定判別
により求められる。

まず、（19）式の分母をＦ（Ｓ）とし、Ｓに付いて整
理する。

Ｆ（Ｓ）＝（２b^-1−１）LS² ＋｛（2ab^-1＋Ae）Ｌ＋２｝Ｓ＋2Ae ＝A₀S²＋A₁S＋A₂ （20）ここで、（３）（４）（８）式および（14）式のパラ
メータ範囲より、A₁,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。

A₀＝（２b^-1−１）Ｌ＞０（21）よって、の条件は次式で与えられる。

＞b/2 （22）これより、は真の値の1/2以上に取らなければなら
ない。そこで、（４）式のパラメータ範囲を考慮に入れ
ると、（22）式は次式となる。

＞b max/2 （23）以上により、この推定値と、（14）式で得られる制御
入力Ｕを用いることにより、（８）式の誤差動特性を満
足する応答を得ることができる。

この制御則に基づき、一例として勾配の変動に対する
シミュレーションを行った結果が第５図，第６図であ
る。比較として、第７図．第８図にPID制御則に基づく
シミュレーション結果を載せる。

第５図・第７図は勾配が下り３％のときのシミュレー
ション結果であり、第６図，第８図は上り３％時のシミ
ュレーション結果である。

（１）式に対応するa,bは、それぞれ以下の値を用い
た。

上り:a＝.0157,b＝.0078 下り:a＝.0142,b＝.0314 この制御対象に対し、以下のパラメータで軌跡追従型
タイム・ディレイ・コントロールのシミュレーションを
行った。

＝.06,Ae＝.116,L＝.2（sec）ここで、第５図，第６図のVdは目標軌跡、Ｖはシミュ
レーション結果である。これから分かるように、勾配の
変化に対応してもほぼ同じ特性を得ることができ、非常
にロバストな制御系であることが言える。

これに対し、下りでほぼ同じ応答波形を示す（第７
図）PID制御を行った。この結果から分かるように整定
時間は同じでも、操作入力Ｕは大きく急加速となってし
まい、ドライバーに不安感を与える制御となってしま
う。また上りではオバーシュートを起こしてしまう（第
８図）。

以上の結果より、軌跡追従型TDC制御は、従来のPID制
御に比べ、制御対象の変動に対しても強い制御系であ
り、また満足のいく加速感を与えることができる。

なお、制御対象が２次以上でも良く、無駄時間を有し
てもよい。

発明の効果以上の実施例の説明より明らかなように、本発明は希
望する応答波形の軌跡を与え、軌跡追従型タイム・ディ
レイ・コントロールを構築することにより、変速段位置
の変化や、走行負荷変動にかかわらず、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
地のよい、すなわ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できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の車輛用定速走行制御装置の
概念を示した構成図、第２図は同じく全体構成図、第３
図は同じく制御ブロック図、第４図は同じく軌跡追従型
タイム・ディレイ・コントローラの制御則の構成図、第
５図・第６図は本発明を用いた一実施例のシミュレーシ
ョン結果を示す図、第７図，第８図は従来のPID制御を
用いたシミュレーション結果を示す図である。 11……車速検出手段、12……目標値設定手段、13……制
御量演算手段、14……目標軌跡設定手段、15……アクチ
ュエータ、21……セット・コーストスイッチ、22……リ
ジューム・アクセルスイッチ、26……車速センサ、28…
…制御回路、210……アクチュエータ、211……スロット
ルバルブ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、リジューム時の目標車速への収速時
の軌跡を、希望する形の軌跡として、時間の関数によっ
て与える目標軌跡設定手段とを備え、この与えられた軌
跡を基準として、実車速との誤差が零となるように実車
速を目標車速へ収束させるようにしてなる車両用定速走
行制御装置。