WO2017199742A1 - 速度制御装置 - Google Patents

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WO2017199742A1
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東生 白
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Isuzu Motors Ltd
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Definitions

  • the present disclosure relates to a speed control device.
  • an automatic driving system is provided with a target travel route composed of a plurality of road sections and a target speed (also referred to as “regulated speed”) set in advance for each road section in advance.
  • a target travel route composed of a plurality of road sections and a target speed (also referred to as “regulated speed”) set in advance for each road section in advance.
  • regulated speed also referred to as “regulated speed”
  • This is a system that performs autonomous traveling control of a vehicle including starting.
  • the vehicle has an accelerator operation amount and a brake so that the actual speed (actual speed) of the vehicle follows the target speed set in the road section including the actual position (actual position) of the vehicle.
  • a speed control device for controlling the operation amount is mounted.
  • Patent Document 1 discloses a technique for starting automatic driving of a vehicle along a guide line laid on a traveling road surface based on permission by an automatic driving permission switch as a technique related to automatic driving.
  • the target speed increases stepwise (that is, when the vehicle accelerates)
  • the actual speed of the vehicle increases rapidly, and an overshoot occurs that the actual speed exceeds the target speed.
  • the running resistance when the vehicle travels increases, for example when the vehicle climbs a steep slope, etc.
  • the vehicle is difficult to accelerate at the initial stage of acceleration, and it takes time to accelerate sufficiently. End up. For this reason, there is a problem in that the actual speed of the vehicle is sufficiently accelerated when it approaches the target speed, so that the actual speed increases rapidly, and overshoot is likely to occur.
  • An object of the present disclosure is to provide a speed control device capable of suppressing the occurrence of overshoot when the vehicle accelerates.
  • the speed control device configured to control a speed of a vehicle that is configured of a plurality of road sections and travels along a travel route in which a target speed is set for each road section, An actual speed acquisition unit for acquiring an actual speed which is an actual speed of the vehicle; An actual position acquisition unit for acquiring an actual position which is an actual position of the vehicle; An acceleration / deceleration control unit that controls acceleration / deceleration of the vehicle so that the actual speed follows the target speed set in the road section including the actual position; A running resistance calculation unit for calculating a running resistance when the vehicle is running; With When the target speed increases from the first target speed to the second target speed as the actual position moves from the first road section to the second road section, from the start position to the end position of the second road section The target speed in the second road section is set such that the actual speed increases from the first target speed to the second target speed with a first-order lag, The target speed in the second road section is set so that the amount of change in speed that
  • the target speed is not changed stepwise, but the gradient of the change in the target speed is set to gradually decrease, so that the vehicle accelerates from the first target speed to the second target speed. In doing so, it is possible to suppress the occurrence of overshoot in which the actual speed exceeds the target speed (second target speed).
  • the amount of change in the speed that increases with the first-order delay is reduced according to the running resistance when the vehicle is running, it is ensured in a sufficient time for the vehicle to accelerate and further suppress the occurrence of overshoot. be able to.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the vehicle in the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the occurrence of overshoot.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a target speed that increases with a first-order delay.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method of generating a target speed that increases with a first-order lag.
  • FIG. 5 is a diagram showing a change in the actual speed of the vehicle when the acceleration / deceleration control is performed according to the change in the target speed that increases with a first-order delay.
  • FIG. 6 is a diagram showing a change in the actual speed of the vehicle when the integral term of the PI control is changed to 0 at the timing when the actual speed reaches the target speed.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an integral term of travel speed and PI control with respect to travel time.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an integral term of travel speed and PI control with respect to travel time.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of vehicle 100 in the present embodiment.
  • vehicle 100 is a large vehicle such as a truck equipped with a diesel engine (internal combustion engine), which is an object of an automatic driving system. That is, the vehicle 100 includes a plurality of road sections, and a travel route (for example, an expressway) from which the vehicle 100 will travel and a target speed set in advance for each road section are provided in advance.
  • a configuration for performing autonomous traveling control of the vehicle 100 including stopping and starting is provided.
  • the vehicle 100 includes a map information storage unit 120, a travel route information storage unit 140, an actual position detection unit 160, an actual speed detection unit 180, and a speed control device 200.
  • the map information storage unit 120 stores map information.
  • the map information includes road information representing roads on the map, and road information used for map display, route search, and the like, as well as facility information representing various facilities adjacent to the road.
  • Road information includes road section information (for example, road width, road length, slope, coefficient of friction between tires and road surface, etc.) related to links (hereinafter referred to as “road sections”) expressed by dividing roads and lanes finely.
  • road sections for example, road width, road length, slope, coefficient of friction between tires and road surface, etc.
  • node information relating to nodes corresponding to points at both ends of each road section (including points where a plurality of roads such as intersections and branches intersect). If the road section has a curve, the road section information includes information on the radius and curvature of the curve.
  • the travel route information storage unit 140 stores travel route information related to a travel route composed of a plurality of road sections.
  • the travel route information includes target speeds set for a plurality of road sections constituting the travel route.
  • the target speed is a speed set in advance so that when the vehicle 100 travels on a road section, the actual speed of the vehicle 100 (hereinafter referred to as “actual speed”) follows.
  • the actual position detection unit 160 includes information indicating the longitude and latitude of the vehicle 100 acquired by an autonomous navigation sensor (not shown) or a GPS receiver (not shown) mounted on the vehicle 100, and a map information storage unit 120.
  • the actual position (current position) that is the actual position of the vehicle 100 on the map is detected based on the map information stored in the map. Then, the actual position detection unit 160 outputs the detected actual position to the speed control device 200.
  • the actual speed detection unit 180 is a vehicle speed sensor, for example, and detects the actual speed (traveling speed) of the vehicle 100. Then, the actual speed detection unit 180 outputs the detected actual speed to the speed control device 200.
  • the speed control device 200 controls the speed of the vehicle 100 that travels along the travel route indicated by the travel route information stored in the travel route information storage unit 140. As shown in FIG. 1, the speed control device 200 includes an actual position acquisition unit 220, an actual speed acquisition unit 240, a target acceleration / deceleration calculation unit 260, an acceleration / deceleration control unit 280, and a travel resistance calculation unit 300.
  • the target acceleration / deceleration calculation unit 260 and the acceleration / deceleration control unit 280 correspond to the “acceleration / deceleration control unit” of the present disclosure.
  • the actual position acquisition unit 220 acquires the actual position output from the actual position detection unit 160 and outputs it to the target acceleration / deceleration calculation unit 260.
  • the actual speed acquisition unit 240 acquires the actual speed output from the actual speed detection unit 180 and outputs it to the target acceleration / deceleration calculation unit 260.
  • the target acceleration / deceleration calculation unit 260 is output from the actual position acquisition unit 220 based on the map information stored in the map information storage unit 120 and the travel route information stored in the travel route information storage unit 140.
  • a target acceleration / deceleration for causing the actual speed output from the actual speed acquisition unit 240 to follow the target speed set in the road section including the actual position is calculated.
  • the target acceleration / deceleration calculation unit 260 calculates the target acceleration / deceleration by a PI (proportional / integral) feedback control method for a speed deviation between the target speed and the actual speed.
  • PI proportional / integral
  • the acceleration / deceleration control unit 280 is calculated by the target acceleration / deceleration calculation unit 260 when the target acceleration / deceleration calculated by the target acceleration / deceleration calculation unit 260 is a positive value (that is, when the vehicle 100 needs to be accelerated).
  • An accelerator opening (accelerator operation amount of the vehicle 100) is determined with reference to the accelerator map according to the target acceleration / deceleration, and an electronic vehicle control device (ECM) that performs engine control according to the determined accelerator opening is provided. Control.
  • the acceleration / deceleration control unit 280 may control other than the accelerator operation amount of the vehicle 100 (for example, control of the fuel injection amount). ).
  • the acceleration / deceleration control unit 280 uses the target acceleration / deceleration calculation unit 260 to An EBS (Electronic Control Brake System) that determines a braking force (a brake operation amount of the vehicle 100) with reference to a braking force gain according to the calculated target acceleration / deceleration, and generates a braking force according to the determined braking force. To control.
  • the acceleration / deceleration control unit 280 may control other than the brake operation amount of the vehicle 100 when the target acceleration / deceleration calculated by the target acceleration / deceleration calculation unit 260 is a negative value.
  • the running resistance calculation unit 300 calculates the running resistance (N) of the vehicle 100 and outputs information on the calculated running resistance to the target acceleration / deceleration calculation unit 260. Details of the running resistance will be described later.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the occurrence of overshoot.
  • a solid line L1 indicates that the target speed is changed from the first target speed (for example, 70 [km / h]) to the second target speed (for example, 70 km / h) as the actual position moves from the first road section to the second road section. , 90 [km / h]).
  • An alternate long and short dash line L2 indicates a change in the actual speed of the vehicle 100 when the acceleration / deceleration is controlled according to the change in the target speed indicated by the solid line L1. As shown in FIG. 2, when the target speed increases stepwise from the first target speed to the second target speed, an overshoot occurs in which the actual speed of the vehicle 100 exceeds the target speed (second target speed). .
  • the actual vehicle 100 is displayed between the start position and the end position of the second road section.
  • the target speed in the second road section is set in advance so that the speed increases from the first target speed to the second target speed with a primary delay. That is, the target speed is not changed stepwise, but is set so that the slope of the change in the target speed gradually decreases.
  • the target speed in the second road section is set so as to gradually change with the time function shown in the following equation (1).
  • Target speed first target speed + (second target speed ⁇ first target speed) ⁇ (1-exp ( ⁇ t / T)) (1)
  • t is an elapsed time after the actual position is moved from the first road section to the second road section
  • T is a time constant of 1st-order delay (a measure of response speed).
  • the first-order lag time constant T is calculated by dividing the value obtained by subtracting the first target speed from the second target speed by the maximum acceleration of the vehicle 100 as shown in the following equation (2).
  • the maximum acceleration of the vehicle 100 is determined by, for example, a formula (6) described later.
  • Primary delay time constant T (second target speed-first target speed) / maximum acceleration of vehicle 100 (2)
  • a first-order lag target speed is generated as follows. That is, as shown in FIG. 4, a curve of the target speed of the first-order lag that accelerates to 95 [%] (hereinafter referred to as “ratio”) of the speed change width ( ⁇ V) (the chain line L3 ′ in FIG. 4). Is generated.
  • the generated curve is multiplied by a coefficient (1 / 0.95 when the ratio is 95 [%]) to extend the curve to the second target speed (see the solid line L3 in FIG. 4).
  • the ratio may be adjusted in the range of 65 to 99 [%], for example, according to the difference in acceleration capability of the vehicle 100.
  • FIG. 5 is a diagram showing a change in the actual speed of the vehicle 100 by a one-dot chain line L4 when the acceleration / deceleration is controlled according to the change in the target speed that increases with a first-order delay as shown by the dotted line L3.
  • the target speed increases stepwise (see FIG. 2). It can be seen that the amount of overshoot decreases.
  • the target acceleration / deceleration calculation unit 260 determines the timing at which the actual speed reaches the target speed when the actual speed increases from the first target speed to the second target speed (see point P2 in FIG. 5). ), If the integral value of PI control, that is, the value obtained by multiplying the integral value of the deviation between the actual speed and the target speed by the control gain is positive, the integral term is changed to 0 (reset). This is to prevent a positive integral term from remaining after the actual speed has reached the target speed and making an unnecessary acceleration request to the vehicle electronic control unit (ECM).
  • ECM vehicle electronic control unit
  • FIG. 6 is a diagram showing a change in the actual speed of the vehicle 100 as a solid line L5 when the integral term of the PI control is changed to 0 at the timing when the actual speed reaches the target speed. As shown in FIG. 6, after the actual speed reaches the target speed, the actual speed follows the target speed and increases to the second target speed without occurrence of overshoot.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an integral term of travel speed and PI control with respect to travel time.
  • An alternate long and short dash line L6 in FIG. 7 indicates an integral term of PI control when increasing from the first target speed to the second target speed.
  • a solid line L7 in FIG. 7 indicates a change in the actual speed of the vehicle 100.
  • the first target speed indicates 60 km / h
  • the second target speed indicates 80 km / h.
  • the integral term of the PI control becomes a maximum acceleration that is a fixed value as the travel time elapses, as indicated by a dashed line L6. It increases up to 5m / s 2.
  • the traveling resistance when the vehicle 100 travels is large, the vehicle 100 is hardly accelerated as expected.
  • the speed deviation becomes large between the broken line L3, which is the target speed, and the solid line L7, which is the actual speed, and the tracking of the actual speed is delayed with respect to the target speed. The timing to reach the speed will be delayed.
  • the timing at which the integral term of the PI control is reset is correspondingly delayed.
  • the actual speed reaches the target speed when the target speed is very close to the second target speed (travel time t1), that is, when the actual speed of the vehicle 100 reaches the second target speed
  • PI control is performed.
  • an overshoot occurs due to a slight remaining positive part in the integral term.
  • the occurrence of overshoot is exaggerated.
  • the target acceleration / deceleration calculation unit 260 changes the maximum acceleration of the vehicle 100 according to the travel resistance calculated by the travel resistance calculation unit 300.
  • the time constant of the first-order lag in the equation (2) is changed, and thus the amount of change in speed that increases with the first-order lag with respect to the travel time of the vehicle 100 decreases.
  • the running resistance increases, the amount of change in speed that increases with a first-order lag with respect to the running time of the vehicle 100 decreases, so that the timing at which the actual speed reaches the target speed is advanced.
  • the integral term of the PI control is reset. The timing is not delayed and the occurrence of overshoot is suppressed.
  • details of the control of the running resistance of the vehicle 100 and the target acceleration / deceleration calculation unit 260 will be described.
  • the traveling resistance of the vehicle 100 is calculated by the sum of the air resistance when the vehicle 100 is traveling, the rolling resistance when the vehicle 100 is traveling, and the gradient resistance of the road on which the vehicle 100 travels.
  • the air resistance when the vehicle 100 travels refers to resistance generated by friction with air on the surface of the vehicle 100.
  • the travel resistance calculation unit 300 calculates the air resistance by acquiring the travel speed (km / h) and the air resistance coefficient of the vehicle 100 from, for example, a measurement unit (not shown).
  • the rolling resistance when the vehicle 100 travels refers to the resistance generated by the frictional resistance of the wheel bearing when the wheel rolls and the energy loss between the road surface and the tire.
  • the running resistance calculation unit 300 calculates the rolling resistance by, for example, acquiring information on the rolling resistance coefficient from a measurement unit (not shown) or the like.
  • the gradient resistance of the road on which the vehicle 100 travels is resistance generated when climbing a hill.
  • the travel resistance calculation unit 300 calculates the gradient resistance by acquiring information on a road gradient (an angle in this specification) from the map information storage unit 120 or the like.
  • the gradient resistance is calculated by equation (5), where the road gradient is ⁇ , the vehicle weight is W, and the gravitational acceleration is g.
  • Gradient resistance W ⁇ sin ⁇ ⁇ g (5)
  • the target speed of the primary delay that is, the target speed in the second road section is It is set so that the amount of change in speed that increases with a first-order delay with respect to the travel time of vehicle 100 is changed.
  • the target acceleration / deceleration calculation unit 260 varies the maximum acceleration of the vehicle 100 as shown in Expression (6).
  • Maximum acceleration of vehicle 100 (maximum driving force of vehicle 100 ⁇ running resistance of vehicle 100) / vehicle weight of vehicle 100 (6)
  • the maximum acceleration is changed so as to decrease as the running resistance increases. That is, the primary delay target speed is set so that the amount of change in speed that increases with the primary delay with respect to the travel time of the vehicle 100 decreases as the travel resistance increases.
  • the set time until the second target speed is reached from the first target speed becomes longer as the running resistance increases, so that a sufficient time for the vehicle 100 to accelerate can be ensured. Therefore, the actual speed can reach the target speed in the initial stage of acceleration with respect to the set time.
  • the maximum driving force of the vehicle 100 is calculated from the maximum torque that can be generated in the engine mounted on the vehicle 100.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an integral term of travel speed and PI control with respect to travel time when the vehicle 100 climbs a steep slope.
  • An alternate long and short dash line L8 indicates an integral term of PI control when increasing from the first target speed to the second target speed.
  • a solid line L9 indicates a change in the actual speed of the vehicle 100.
  • the travel resistance is calculated by the travel resistance calculation unit 300.
  • the set time of the calculated target speed of the first-order lag (broken line L3) is set to 41 s, which is longer than the set time (18 s) of the target speed of the first-order lag in FIG.
  • the actual speed (solid line L9) gradually catches up with the target speed (broken line L3) as the PI control integral term (dashed line L8) increases, and the actual speed is reached at the time t2 (about 10 s from the start of acceleration). Reaches the target speed.
  • the actual speed can be reached to the target speed at the initial stage of acceleration, which is the time when the target speed has not yet reached the second target speed.
  • the integral term of PI control can be reset in the initial stage of acceleration, it is possible to suppress the occurrence of an overshoot in which the actual speed exceeds the second target speed due to the positive integral term. it can.
  • the integral term of the PI control is reset at a position where the primary delay target speed is not increased with respect to the second target speed, such as the travel time t2, the actual speed is caused by the travel resistance. It may decrease with respect to the target speed. In this case, the actual speed is increased by increasing the integral term of PI control again. When the actual speed is increased and the target speed is reached again (travel time t3), the integral term of PI control is reset. If the actual speed falls below the target speed after the travel time t3, the PI control integral term is reset every time the actual speed reaches the target speed in the same manner (travel time t4, t5). .
  • the target speed does not change stepwise, but the slope of the change in the target speed is set to gradually decrease, when the vehicle 100 accelerates from the first target speed to the second target speed, The occurrence of overshoot in which the actual speed exceeds the target speed (second target speed) can be suppressed.
  • the amount of change in speed that increases with a first-order lag with respect to the travel time of the vehicle 100 is decreased as the travel resistance increases, it is possible to secure a sufficient time for the vehicle 100 to accelerate. Therefore, the actual speed can be made to reach the target speed in the initial stage of acceleration with respect to the set time of the target speed of the primary delay, and the occurrence of overshoot can be further suppressed.
  • the target speed is set so as to decrease the amount of change in speed that increases with a first-order delay as the running resistance increases.
  • the integral term of PI control may be reset at the timing before reaching the target speed according to the magnitude of the running resistance without changing the amount of change in speed that increases with the first-order delay. By doing so, the actual speed is slightly increased due to the positive integral value remaining after the reset, so that the actual speed can be increased to the target speed value.
  • the integral term of PI control is changed to 0 at the timing when the actual speed reaches the target speed when the actual speed increases from the first target speed to the second target speed.
  • the present disclosure is not limited to this.
  • the integral term of the PI control may be changed to 0 before the actual speed reaches the target speed or at a timing after the actual speed reaches the target speed.
  • the integral term of PI control may be changed to 0 at a timing at which the occurrence of overshoot is further suppressed.
  • the present disclosure is useful as a speed control device that can suppress the occurrence of overshoot when the vehicle accelerates.

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Abstract

速度制御装置は、実速度取得部と、実位置取得部と、実位置を含む道路区間に設定されている目標速度に実速度が追従するように、車両の加減速度を制御する加減速度制御部と、車両が走行する際の走行抵抗を算出する走行抵抗算出部と、を備え、実位置が第１道路区間から第２道路区間に移動することに伴い目標速度が第１目標速度から第２目標速度に増大する場合、第２道路区間の開始位置から終了位置までの間において実速度が第１目標速度から第２目標速度に１次遅れで増大するように、第２道路区間における目標速度は設定され、第２道路区間における目標速度は、前記車両の走行時間に対する前記１次遅れで増大する速度の変化量を、前記走行抵抗算出部により算出された前記走行抵抗が大きくなるほど減少させるように設定される。

Description

速度制御装置
　本開示は、速度制御装置に関する。
　近年、自動車交通の諸問題に対する解決策として、自動車交通の情報化、知能化に関連して、自動運転システムの研究開発が進められている。自動運転システムとは例えば、複数の道路区間から構成される目標走行経路と、各道路区間に対して予め設定されている目標速度（「規制速度」とも言う）とが事前に提供されて、停発進を含む車両の自律的な走行制御を行うシステムである。車両には、当該車両の実際の速度（実速度）が、車両の実際の位置（実位置）を含む道路区間に設定されている目標速度に追従するように、当該車両のアクセル操作量とブレーキ操作量とを制御する速度制御装置が搭載される。
　特許文献１には、自動運転に関する技術として、自動運転許可スイッチによる許可に基づいて、走行路面上に敷設された誘導線に沿って車両の自動運転を開始させる技術が開示されている。
日本国特開平３－１４２５０７号公報
　ところで、上記自動運転システムにおいて、目標速度がステップ状に増大する場合（すなわち、車両が加速する場合）、車両の実速度が急激に増大し、当該実速度が目標速度を超過するオーバーシュートが発生してしまう場合があるという問題があった。また、例えば車両が勾配の急な坂道等を登るときのように車両が走行する際の走行抵抗が大きくなると、加速の初期段階において車両が加速しにくく、十分に加速するのに時間がかかってしまう。そのため、車両の実速度が目標速度に近づいた段階になって十分に加速されてしまうことで、実速度が急激に増大し、ひいてはオーバーシュートが発生しやすくなるという問題があった。
　本開示の目的は、車両が加速する際、オーバーシュートの発生を抑制することが可能な速度制御装置を提供することである。
　本開示に係る速度制御装置は、
　複数の道路区間から構成され、各道路区間に対して目標速度が設定された走行経路に沿って走行する車両の速度を制御する速度制御装置であって、
　前記車両の実際の速度である実速度を取得する実速度取得部と、
　前記車両の実際の位置である実位置を取得する実位置取得部と、
　前記実位置を含む前記道路区間に設定されている前記目標速度に前記実速度が追従するように、前記車両の加減速度を制御する加減速度制御部と、
　前記車両が走行する際の走行抵抗を算出する走行抵抗算出部と、
　を備え、
　前記実位置が第１道路区間から第２道路区間に移動することに伴い前記目標速度が第１目標速度から第２目標速度に増大する場合、前記第２道路区間の開始位置から終了位置までの間において前記実速度が前記第１目標速度から前記第２目標速度に１次遅れで増大するように、前記第２道路区間における前記目標速度は設定され、
　前記第２道路区間における前記目標速度は、前記車両の走行時間に対する前記１次遅れで増大する速度の変化量を、前記走行抵抗算出部により算出された前記走行抵抗が大きくなるほど減少させるように設定される。
　本開示によれば、目標速度がステップ状に変化するのではなく、当該目標速度の変化の傾きが徐々に小さくなるように設定されるため、車両が第１目標速度から第２目標速度に加速する際、実速度が目標速度（第２目標速度）を超過するオーバーシュートの発生を抑制することができる。また、車両が走行する際の走行抵抗に応じて前記１次遅れで増大する速度の変化量を減少させるので、車両が加速するのに十分な時間に確保してオーバーシュートの発生をさらに抑制することができる。
図１は、本実施の形態における車両の構成を示す機能ブロック図である。 図２は、オーバーシュートの発生を説明する図である。 図３は、１次遅れで増大する目標速度を説明する図である。 図４は、１次遅れで増大する目標速度の生成方法を説明する図である。 図５は、１次遅れで増大する目標速度の変化に従って加減速度の制御を行った場合における車両の実速度の変化を示した図である。 図６は、目標速度に実速度が達したタイミングにおいてＰＩ制御の積分項を０に変更した場合における車両の実速度の変化を示した図である。 図７は、走行時間に対する走行速度およびＰＩ制御の積分項を示す図である。 図８は、走行時間に対する走行速度およびＰＩ制御の積分項を示す図である。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態における車両１００の構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態では、車両１００は、自動運転システムの対象となる、ディーゼルエンジン（内燃機関）を搭載したトラックなどの大型車両である。すなわち、車両１００は、複数の道路区間から構成され、車両１００がこれから走行する走行経路（例えば、高速道路）と、各道路区間に対して予め設定されている目標速度とが事前に提供されて、停発進を含む車両１００の自律的な走行制御を行うための構成を備えている。
　図１に示すように、車両１００は、地図情報記憶部１２０、走行経路情報記憶部１４０、実位置検出部１６０、実速度検出部１８０および速度制御装置２００を備える。
　地図情報記憶部１２０は、地図情報を記憶している。地図情報には、地図上の道路を表す道路情報であって地図表示や経路探索等に使用する道路情報の他に、道路に隣接する各種施設を表す施設情報が含まれている。道路情報は、道路や車線を細かく分割して表したリンク（以下、「道路区間」と言う）に関する道路区間情報（例えば、道路幅、道路長、勾配、タイヤと路面との摩擦係数等）と、各道路区間の両端の点（交差点や分岐など複数の道路が交わる点を含む）に相当するノードに関するノード情報とから成る。なお、道路区間がカーブを有する場合には、道路区間情報は、そのカーブの半径および曲率等に関する情報を含む。
　走行経路情報記憶部１４０は、複数の道路区間から構成される走行経路に関する走行経路情報を記憶する。走行経路情報は、走行経路を構成する複数の道路区間に対して設定された目標速度を含む。目標速度とは、車両１００が道路区間を走行する際、車両１００の実際の速度（以下、「実速度」と言う）が追従するように予め設定された速度である。
　実位置検出部１６０は、車両１００に搭載された自律航法センサー（図示せず）やＧＰＳ受信機（図示せず）により取得された車両１００の経度、緯度を示す情報と、地図情報記憶部１２０に記憶されている地図情報とに基づいて、地図上における車両１００の実際の位置である実位置（現在位置）を検出する。そして、実位置検出部１６０は、検出した実位置を速度制御装置２００に出力する。
　実速度検出部１８０は、例えば車速センサーであり、車両１００の実速度（走行速度）を検出する。そして、実速度検出部１８０は、検出した実速度を速度制御装置２００に出力する。
　速度制御装置２００は、走行経路情報記憶部１４０に記憶されている走行経路情報に示される走行経路に沿って走行する車両１００の速度を制御する。図１に示すように、速度制御装置２００は、実位置取得部２２０、実速度取得部２４０、目標加減速度算出部２６０、加減速度制御部２８０および走行抵抗算出部３００を備える。なお、目標加減速度算出部２６０および加減速度制御部２８０は、本開示の「加減速度制御部」に相当する。
　実位置取得部２２０は、実位置検出部１６０から出力された実位置を取得して目標加減速度算出部２６０に出力する。
　実速度取得部２４０は、実速度検出部１８０から出力された実速度を取得して目標加減速度算出部２６０に出力する。
　目標加減速度算出部２６０は、地図情報記憶部１２０に記憶されている地図情報と、走行経路情報記憶部１４０に記憶されている走行経路情報とに基づいて、実位置取得部２２０から出力された実位置を含む道路区間に設定されている目標速度に、実速度取得部２４０から出力された実速度を追従させるための目標加減速度を算出する。
　具体的には、目標加減速度算出部２６０は、目標速度と実速度との速度偏差に対するＰＩ（比例・積分）フィードバック制御の方法によって目標加減速度を算出する。
　加減速度制御部２８０は、目標加減速度算出部２６０により算出された目標加減速度が正の値である場合（すなわち、車両１００を加速させる必要がある場合）、目標加減速度算出部２６０により算出された目標加減速度に応じてアクセルマップを参照してアクセル開度（車両１００のアクセル操作量）を決定し、決定したアクセル開度に応じて、エンジン制御を行う車両用電子制御装置（ＥＣＭ）を制御する。なお、加減速度制御部２８０は、目標加減速度算出部２６０により算出された目標加減速度が正の値である場合、車両１００のアクセル操作量以外を制御しても良い（例えば燃料噴射量の制御）。
　また、加減速度制御部２８０は、目標加減速度算出部２６０により算出された目標加減速度が負の値である場合（すなわち、車両１００を減速させる必要がある場合）、目標加減速度算出部２６０により算出された目標加減速度に応じて制動力ゲインを参照して制動力（車両１００のブレーキ操作量）を決定し、決定した制動力に応じて、制動力を発生させるＥＢＳ（電子制御ブレーキシステム）を制御する。なお、加減速度制御部２８０は、目標加減速度算出部２６０により算出された目標加減速度が負の値である場合、車両１００のブレーキ操作量以外を制御しても良い。
　走行抵抗算出部３００は、車両１００の走行抵抗（Ｎ）を算出して、算出した走行抵抗の情報を目標加減速度算出部２６０に出力する。走行抵抗の詳細については後述する。
　ところで、車両１００が走行経路に沿って走行する際、目標速度がステップ状に増大する（すなわち、車両１００が加速する）と、車両１００の実速度が急激に増大し、当該実速度が目標速度を超過するオーバーシュートが発生してしまう場合があった。図２は、オーバーシュートの発生を説明する図である。図２において、実線Ｌ１は、実位置が第１道路区間から第２道路区間に移動することに伴い目標速度が第１目標速度（例えば、７０［ｋｍ／ｈ］）から第２目標速度（例えば、９０［ｋｍ／ｈ］）に増大することを示している。一点鎖線Ｌ２は、実線Ｌ１に示される目標速度の変化に従って加減速度の制御を行った場合における車両１００の実速度の変化を示す。図２に示すように、目標速度が第１目標速度から第２目標速度にステップ状に増大すると、車両１００の実速度が目標速度（第２目標速度）を超過するオーバーシュートが発生してしまう。
　そこで本実施の形態では、走行経路情報記憶部１４０に記憶される走行経路情報において、図３の実線Ｌ３に示すように、第２道路区間の開始位置から終了位置までの間において車両１００の実速度が第１目標速度から第２目標速度に１次遅れで増大するように、第２道路区間における目標速度は予め設定されている。すなわち、目標速度は、ステップ状に変化するのではなく、当該目標速度の変化の傾きが徐々に小さくなるように設定される。具体的には、第２道路区間における目標速度は、以下の式（１）に示す時間関数で徐々に時間変化するように設定される。
　目標速度＝第１目標速度＋（第２目標速度－第１目標速度）×（１－ｅｘｐ（－ｔ／Ｔ））・・・（１）
　ここで、ｔ：実位置が第１道路区間から第２道路区間に移動した後の経過時間、Ｔ：1次遅れの時定数（応答速度の目安）である。
　１次遅れの時定数Ｔは、以下の式（２）に示すように、第２目標速度から第１目標速度を減算した値を車両１００の最大加速度で除算することによって算出される。車両１００の最大加速度は、例えば、後述する式（６）によって決定される。
　１次遅れの時定数Ｔ＝（第２目標速度－第１目標速度）／車両１００の最大加速度・・・（２）
　上述したように、１次遅れの目標速度は上式（１）によって生成されるが、第２目標速度まで加速させようとしても、第２目標速度までに加速するのにかかる加速時間（ｔ）は無限大になるため、完全に第２目標速度まで加速させることができない。そこで、本実施の形態では、以下のように１次遅れの目標速度を生成する。すなわち、図４に示すように、速度変化幅（ΔＶ）の９５［％］（以下、「比率」と言う）まで加速する１次遅れの目標速度の曲線（図４中の一点鎖線Ｌ３’）を生成する。次に、生成された曲線に係数（比率が９５［％］の場合、１／０．９５）を乗算して当該曲線を第２目標速度まで伸ばす（図４中の実線Ｌ３を参照）。なお、比率は、車両１００の加速能力の違いに応じて、例えば６５～９９［％］の範囲で調整しても良い。
　図５は、点線Ｌ３に示すように１次遅れで増大する目標速度の変化に従って加減速度の制御を行った場合における車両１００の実速度の変化を１点鎖線Ｌ４で示した図である。図５に示すように、車両１００の実速度が目標速度（第２目標速度）を超過するオーバーシュートが発生しているものの、目標速度がステップ状に増大する場合（図２を参照）と比べてオーバーシュート量が減少していることがわかる。
　さらに、本実施の形態では、目標加減速度算出部２６０は、実速度が第１目標速度から第２目標速度に増大する際、目標速度に実速度が達したタイミング（図５の点Ｐ２を参照）において、ＰＩ制御の積分項、つまり、実速度と目標速度の偏差の積分値に制御ゲインを乗算した値が正であれば当該積分項を０に変更する（リセットする）。目標速度に実速度が達した後において、正の積分項が残り、必要以上の加速要求が車両用電子制御装置（ＥＣＭ）に行われてしまうことを防止するためである。
　図６は、目標速度に実速度が達したタイミングでＰＩ制御の積分項を０に変更した場合における車両１００の実速度の変化を実線Ｌ５で示した図である。図６に示すように、目標速度に実速度が達したタイミング以降、当該実速度が当該目標速度に追従し、オーバーシュートの発生なく、第２目標速度に増大していることがわかる。
　ところで、一般的に実速度を第１目標速度から第２目標速度に増大させる際、例えば、車両１００が勾配の急な坂道を登るときのように車両１００が走行する際の走行抵抗が大きくなると、実速度が目標速度に達するタイミングが遅くなる場合がある。図７は、走行時間に対する走行速度およびＰＩ制御の積分項を示す図である。図７における一点鎖線Ｌ６は、第１目標速度から第２目標速度に増大させる際のＰＩ制御の積分項を示す。図７における実線Ｌ７は、車両１００の実速度の変化を示す。また、図７の場合、第１目標速度は６０ｋｍ／ｈを示し、第２目標速度は８０ｋｍ／ｈを示す。
　図７に示すように、第１目標速度から第２目標速度に増大する際、一点鎖線Ｌ６に示すようにＰＩ制御の積分項は走行時間が経過するにつれ固定値である最大加速度となる２．５ｍ／ｓ２まで増加していく。しかし、車両１００が走行する際の走行抵抗が大きい場合、車両１００が想定通りに加速されにくくなる。この場合、目標速度である破線Ｌ３と実速度である実線Ｌ７との間で速度偏差が大きくなってしまい、目標速度に対して実速度の追従が遅れてしまうので、車両１００の実速度が目標速度に到達するタイミングが遅れてしまう。目標速度に車両１００の実速度が到達するタイミングが遅れるほど、その分、ＰＩ制御の積分項をリセットするタイミングが遅れてしまう。例えば、目標速度が第２目標速度に極めて近い速度のときに実速度が目標速度に到達する（走行時間ｔ１）場合、つまり、車両１００の実速度が第２目標速度に到達するときにＰＩ制御の積分項において正となる部分が若干残り、オーバーシュートが発生する可能性がある。なお、図７では、オーバーシュートの発生（走行時間ｔ１以降）を誇張して図示している。
　そこで、本実施の形態では、目標加減速度算出部２６０が、走行抵抗算出部３００により算出された走行抵抗に応じて車両１００の最大加速度を変更する。これにより、式（２）における１次遅れの時定数が変更されて、ひいては車両１００の走行時間に対する１次遅れで増大する速度の変化量が減少する。走行抵抗が大きくなるほど車両１００の走行時間に対する１次遅れで増大する速度の変化量が減少することで、実速度が目標速度に達するタイミングを早くなり、その結果、ＰＩ制御の積分項のリセットのタイミングが遅れなくなり、オーバーシュートが発生することを抑制する。以下、車両１００の走行抵抗および目標加減速度算出部２６０の制御の詳細について述べる。
　車両１００の走行抵抗は、車両１００の走行時における空気抵抗と、車両１００の走行時におけるころがり抵抗と、車両１００が走行する道路の勾配抵抗との和によって算出される。
　車両１００の走行時における空気抵抗は、車両１００の表面の空気との摩擦により発生する抵抗をいう。走行抵抗算出部３００は、例えば、図示しない計測部等から車両１００の走行速度（ｋｍ／ｈ）および空気抵抗係数を取得することで空気抵抗を算出する。空気抵抗は、車両１００の走行速度をＶ、空気抵抗係数をλ、車両１００の前面の投影面積をＳ、重力加速度をｇとして以下の式（３）により算出される。
　空気抵抗＝λ×Ｓ×Ｖ２×ｇ・・・（３）
　車両１００の走行時におけるころがり抵抗は、車輪が転がる際の車輪の軸受け部の摩擦抵抗と、路面とタイヤ間のエネルギー損失により発生する抵抗をいう。走行抵抗算出部３００は、例えば、図示しない計測部等からころがり抵抗係数の情報を取得することで、ころがり抵抗を算出する。ころがり抵抗は、ころがり抵抗係数をμ、車重をＷ、重力加速度をｇとして式（４）により算出される。
　ころがり抵抗＝μ×Ｗ×ｇ・・・（４）
　車両１００が走行する道路の勾配抵抗は、坂道を登る際に発生する抵抗である。走行抵抗算出部３００は、例えば、地図情報記憶部１２０等から道路勾配（本明細書では角度）の情報を取得することで勾配抵抗を算出する。勾配抵抗は、道路勾配をθ、車重をＷ、重力加速度をｇとして式（５）により算出される。
　勾配抵抗＝Ｗ×ｓｉｎθ×ｇ・・・（５）
　目標加減速度算出部２６０が上述した式（２）において用いる最大加速度を、車両１００の走行抵抗を用いて変動させることで、１次遅れの目標速度、つまり、第２道路区間における目標速度が、車両１００の走行時間に対する１次遅れで増大する速度の変化量が変更されるように設定される。目標加減速度算出部２６０は、車両１００の最大加速度を式（６）のようにして変動させる。
　車両１００の最大加速度＝（車両１００の最大駆動力－車両１００の走行抵抗）／車両１００の車重・・・（６）
　式（６）を用いて最大加速度が変更されることで、最大加速度は、走行抵抗が大きくなるほど小さくなるように変更される。つまり、１次遅れの目標速度は、車両１００の走行時間に対する１次遅れで増大する速度の変化量を、走行抵抗が大きくなるほど減少させるように設定される。これにより、第１目標速度から第２目標速度に到達するまでの設定時間が、走行抵抗が大きくなるほど長くなるので、車両１００が加速するのに十分な時間を確保することができる。そのため、設定時間に対する加速の初期段階において実速度を目標速度に達することが可能となる。
　なお、車両１００の最大駆動力は、車両１００に搭載されるエンジンにおいて発生可能な最大トルクから算出される。
　以上のように構成された車両１００の作用効果について説明する。図８は、車両１００が勾配の急な坂道を登る際の走行時間に対する走行速度およびＰＩ制御の積分項を示す図である。一点鎖線Ｌ８は、第１目標速度から第２目標速度に増大させる際のＰＩ制御の積分項を示す。実線Ｌ９は、車両１００の実速度の変化を示す。
　図８に示すように、車両１００が例えば勾配の急な坂道等を登る際に、第１目標速度から第２目標速度に増大する場合（実線Ｌ１参照）、走行抵抗算出部３００により走行抵抗が算出され、１次遅れの目標速度（破線Ｌ３）の設定時間が、図７における１次遅れの目標速度の設定時間（１８ｓ）よりも長い４１ｓになるように設定される。ＰＩ制御の積分項（一点鎖線Ｌ８）の上昇に伴い、実速度（実線Ｌ９）が徐々に目標速度（破線Ｌ３）に追いついてきて、走行時間ｔ２（加速開始から約１０ｓ）の時点で実速度が目標速度に到達する。つまり、第２目標速度に目標速度がまだ到達しないような時間である加速の初期段階で実速度を目標速度まで到達させることができる。これにより、加速の初期段階でＰＩ制御の積分項をリセットさせることができるので、実速度が正の積分項に起因して第２目標速度を超過するオーバーシュートが発生することを抑制することができる。
　また、走行時間ｔ２のような１次遅れの目標速度が第２目標速度に対して増速していない位置でＰＩ制御の積分項がリセットされてしまうので、実速度が走行抵抗に起因して目標速度に対して低下する場合がある。その場合、再度ＰＩ制御の積分項が増大されることで実速度が増速される。実速度が増速されて再度目標速度に到達すると（走行時間ｔ３）、ＰＩ制御の積分項がリセットされる。走行時間ｔ３後も、実速度が目標速度に対して低下した場合、同様に再度加速されて実速度が目標速度に到達する度にＰＩ制御の積分項がリセットされる（走行時間ｔ４、ｔ５）。このように繰り返しＰＩ制御の積分項のリセットが行われることで、実速度が目標速度を超過しにくくすることができる。すなわち、車両１００の実速度が第２目標速度に近づいた段階で急激に増大することが抑制されるので、オーバーシュートが発生することをさらに抑制することができる。
　また、目標速度がステップ状に変化するのではなく、当該目標速度の変化の傾きが徐々に小さくなるように設定されるため、車両１００が第１目標速度から第２目標速度に加速する際、実速度が目標速度（第２目標速度）を超過するオーバーシュートの発生を抑制することができる。
　また、車両１００の走行時間に対する１次遅れで増大する速度の変化量を走行抵抗が大きくなるほど減少させるので、車両１００が加速するのに十分な時間を確保することができる。そのため、１次遅れの目標速度の設定時間に対する加速の初期段階において実速度を目標速度に到達させることができ、ひいてはオーバーシュートの発生をさらに抑制することができる。
　なお、上記実施の形態では、１次遅れで増大する速度の変化量を走行抵抗が大きくなるほど減少させるように目標速度を設定していたが、本開示はこれに限定されない。例えば、１次遅れで増大する速度の変化量を変更せずに、走行抵抗の大きさに応じて目標速度に到達する前のタイミングでＰＩ制御の積分項をリセットさせても良い。このようにすることで、リセット後に残った正の積分値により実速度が多少増加するので、実速度を目標速度の値まで増加させることができる。
　また、上記実施の形態では、実速度が第１目標速度から第２目標速度に増大する際、目標速度に実速度が達したタイミングにおいてＰＩ制御の積分項を０に変更する例について説明したが、本開示はこれに限らない。例えば、目標速度に実速度が達する前、または、目標速度に実速度が達した後のタイミングにおいてＰＩ制御の積分項を０に変更しても良い。要は、オーバーシュートの発生がより抑制されるようなタイミングでＰＩ制御の積分項を０に変更すれば良い。
　また、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
　本出願は、２０１６年５月１６日付で出願された日本特許出願（特願２０１６－０９８０２３）に基づくものであり、その内容は、ここに参照として全て取り込まれる。
　本開示は、車両が加速する際、オーバーシュートの発生を抑制することが可能な速度制御装置として有用である。
　１００　車両
　１２０　地図情報記憶部
　１４０　走行経路情報記憶部
　１６０　実位置検出部
　１８０　実速度検出部
　２００　速度制御装置
　２２０　実位置取得部
　２４０　実速度取得部
　２６０　目標加減速度算出部
　２８０　加減速度制御部
　３００　走行抵抗算出部

Claims (4)

  1. 　複数の道路区間から構成され、各道路区間に対して目標速度が設定された走行経路に沿って走行する車両の速度を制御する速度制御装置であって、
    　前記車両の実際の速度である実速度を取得する実速度取得部と、
    　前記車両の実際の位置である実位置を取得する実位置取得部と、
    　前記実位置を含む前記道路区間に設定されている前記目標速度に前記実速度が追従するように、前記車両の加減速度を制御する加減速度制御部と、
    　前記車両が走行する際の走行抵抗を算出する走行抵抗算出部と、
    　を備え、
    　前記実位置が第１道路区間から第２道路区間に移動することに伴い前記目標速度が第１目標速度から第２目標速度に増大する場合、前記第２道路区間の開始位置から終了位置までの間において前記実速度が前記第１目標速度から前記第２目標速度に１次遅れで増大するように、前記第２道路区間における前記目標速度は設定され、
    　前記第２道路区間における前記目標速度は、前記車両の走行時間に対する前記１次遅れで増大する速度の変化量を、前記走行抵抗算出部により算出された前記走行抵抗が大きくなるほど減少させるように設定される、
    　速度制御装置。
  2. 　前記加減速度制御部は、前記目標速度に前記実速度が追従するように前記車両の加減速度を制御し、前記実速度が前記第１目標速度から前記第２目標速度に増大する際、前記目標速度に前記実速度が達したタイミングで前記実速度と前記目標速度との偏差の積分値に制御ゲインを乗算した値を０に変更する、
    　請求項１に記載の速度制御装置。
  3. 　前記１次遅れの時定数は、前記第２目標速度から前記第１目標速度を減算した値を前記車両の最大加速度で除算することによって算出される、
    　請求項１に記載の速度制御装置。
  4. 　前記走行抵抗は、前記車両の走行時における空気抵抗と、前記車両の走行時におけるころがり抵抗と、前記車両が走行する道路の勾配抵抗と和によって算出される、
    　請求項１に記載の速度制御装置。
     
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