車両走行制御装置
【課題】エンジンと複数の変速段を有する変速機とを搭載した車両において、目標とする車両の走行状態を達成するため、燃料消費率を最適化するようにエンジンを制御するとともに、変速機の変速段をエンジンの作動状態に対応して適切に制御する。
【解決手段】車両走行制御装置５には、車間距離情報等から演算された目標駆動力によりエンジン１を制御するエンジン最適化演算装置５Ｂと、変速機２を制御する変速点補正演算装置５Ｃとが設けられる。エンジン最適化演算装置５Ｂは、最適燃料消費率マップを有する最適燃費点算出手段を備え、燃料消費率が最適となる最適エンジン回転数及びアクセル開度相当信号を算出する。最適エンジン回転数は変速点補正演算装置５Ｃに入力されて、ここで目標変速比と実変速比との偏差に基づくＰＩＤ演算が行われ、車速補正量が算出される。変速機２の変速段は車速と車速補正量とを加算した信号により制御される。
【解決手段】車両走行制御装置５には、車間距離情報等から演算された目標駆動力によりエンジン１を制御するエンジン最適化演算装置５Ｂと、変速機２を制御する変速点補正演算装置５Ｃとが設けられる。エンジン最適化演算装置５Ｂは、最適燃料消費率マップを有する最適燃費点算出手段を備え、燃料消費率が最適となる最適エンジン回転数及びアクセル開度相当信号を算出する。最適エンジン回転数は変速点補正演算装置５Ｃに入力されて、ここで目標変速比と実変速比との偏差に基づくＰＩＤ演算が行われ、車速補正量が算出される。変速機２の変速段は車速と車速補正量とを加算した信号により制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと複数の変速段を有する変速機とを搭載した車両において、目標とする車両の走行状態を実現するよう、エンジン及び変速機の変速段を自動的に制御する車両走行制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の車両では各種の装置が自動化される傾向にあり、自動変速機を搭載するいわゆるオートマ（ＡＴ）車の普及が進んでいる。ＡＴ車の自動変速機は、トルクコンバータと遊星歯車機構とを組み合わせた変速機であるが、運転の容易化のための自動的な車両用動力伝達装置の中には、いわゆるマニュアル（ＭＴ）車と同様な平行軸歯車機構式変速機を使用して、その変速段を自動的に切り替えるものがある。自動変速機のトルクコンバータは、大型化が困難で流体の利用に伴う動力伝達損失が存在し、燃料経済性の点で不利な面がある。そのため、積載重量が大きく燃料経済性を重視する大型トラックなどでは、電子制御装置を用いて、車両の走行状態に応じて自動的に変速段を切り替える平行軸歯車機構式変速機が用いられる場合が多い。
【０００３】
自動化された車両走行制御装置の中には、走行安全性の向上を目的として、先行車との距離を一定に保持しながらこれに追従して走行する先行車追従制御（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｒｕｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）がある。この先行車追従制御では、レーダー等により先行車との距離を測定し、先行車との距離が離れたときはエンジンの出力を増大して車両を加速し、逆に、近づいたときはブレーキを作用させたりエンジンの出力を減少させて車両を減速する。したがって、先行車追従制御では、先行車との距離を一定に保つための目標加速度となるようエンジンの出力を制御しなければならない。エンジンの出力は、通常、運転者が操作するアクセルペダルにより制御されるけれども、先行車追従制御においては、車両走行制御装置がアクセルペダルの開度に相当する信号を演算し、このアクセル開度相当信号に応じてエンジンを制御する。運転者が操作するアクセルペダルと独立したアクセル開度相当信号に応じてエンジン出力を制御する方法は、走行時の車速を一定に保持するよう制御するオートクルーズ制御でも実施されている。
【０００４】
ところで、車両では燃料経済性が常に要請され、エンジンをなるべく燃料消費量が少ない状態で作動させることが求められる。先行車追従制御においても、燃料消費量が少ないエンジン作動状態で、目標加速度を達成する出力を得るようにエンジンを制御することが望ましい。こうした事情から、先行車追従制御において、エンジンの燃料消費量を最適に保ちながら目標加速度を達成する車両走行制御装置が知られており、例えば特開２００２−５２９５１号公報に開示されている。
【０００５】
この公報に示される先行車追従制御の構成を、図９の概略図によって説明する。図９の車両用動力伝達装置は、エンジン１０１、トルクコンバータ１０２及び無段変速機１０３を搭載しており、無段変速機１０３の出力軸は最終減速機（ファイナルギヤ）１０４を介して車両の駆動輪１０５に連結されている。車両走行制御装置は、エンジン制御装置１０６及び変速機制御装置１０７を備え、エンジン制御装置１０６は、運転者の操作するアクセル開度（スロットルバルブ１０８の開度）、エンジン回転数、車速（無段変速機１０３の出力軸回転数）等の信号に応じてエンジン１０１を制御し、一方、変速機制御装置１０７は、エンジン回転数及びアクセル開度、無段変速機の入力軸回転数、車速等の信号に応じてトルクコンバータ１０２及び無段変速機１０３を制御する。さらに、車両走行制御装置は、先行車追従制御を実行するため、車速コントローラ１０９と車間距離コントローラ１１０とからなる車両コントローラ１１１を備え、車両コントローラ１１１には、先行車との車間距離の信号及び道路勾配等前方道路環境に関する信号が入力される。
【０００６】
一般的にエンジンの燃料消費率、つまり単位量の出力を発生するための燃料量は、エンジンの回転数と出力トルクによって決定されるが、この車両走行制御装置におけるエンジン制御装置１０６は、エンジン回転数と出力トルクとに対応して最適燃料消費率を決定する最適燃料消費率マップを有している。先行車追従制御においては、車両コントローラ１１１は、入力された先行車との車間距離の信号等によって車両の目標加速度を演算して、それをエンジン制御装置１０６及び変速機制御装置１０７に出力する。エンジン制御装置１０６では、最適の燃料消費率で目標加速度を達成するためのエンジンの作動点を、最適燃料消費率マップを利用して求め、運転者の操作するアクセル開度とは独立して、スロットルバルブ１０８の開度を設定する。また、変速機制御装置１０７では、最適の燃料消費率となるエンジンの作動点に対応したエンジン回転数となるよう、検出された車速信号を用いて無段変速機１０３の変速比を制御する。
【特許文献１】特開２００２−５２９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先行車追従制御において、車両の目標加速度を達成するためエンジンを制御するに際し、特許文献１に示されるような最適燃料消費率マップを用いて最適作動点であるエンジン回転数と出力トルクを決定し、これをエンジンのアクセル開度相当信号としてスロットルバルブ等の燃料供給量調整装置を制御すると、燃料消費量の少ない先行車追従制御が実現でき、車両走行の燃料経済性が大幅に向上する。しかし、この先行車追従制御を実行する車両は、無段変速機を備え変速比を無段階に変更できる動力伝達装置を搭載していることを前提とする。つまり、最適作動点におけるエンジン回転数となるよう、そのときの車速に対する変速比が任意の値に設定可能であることが必要となる。
【０００８】
無段変速機としては各種の機構を有するものが知られているけれども、変速比を無段階に変更するには機構が複雑となり、大型トラックなどの伝達動力や伝達トルクが大きい車両の動力伝達装置としては、事実上使用できない。大型トラックなどで使用される変速機は、いわば有段の平行軸歯車機構式変速機であって、複数の変速段を構成する常時噛み合い式の歯車列を有する。このような変速機を備えた車両でも、電子制御装置と変速アクチュエータにより、走行状態に応じて自動的に変速段を切り替えることはできるが、先行車追従制御の際に、上述のように、最適作動点におけるエンジン回転数と一致するよう、変速比を無段階の任意の値に設定するのは不可能である。
【０００９】
一方、大型トラックなどの変速機は、例えば１２段というように、乗用車等に比べ多数の変速段を備えている。そのため、先行車追従制御においては、エンジンをなるべく燃料消費量の少ない状態で作動するよう制御しながら変速段をきめ細かく切り替え、燃料経済性の面から最適な走行状態を実現することが望ましい。
本発明の課題は、エンジンと複数の変速段を有する変速機とを搭載した車両において、燃料消費率を最適化するようにエンジン及び変速機を制御し、走行状態の変動に伴う不安定現象を生じることなく、目標とする車両の走行を達成する車両走行制御装置を構成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題に鑑み、本発明の車両走行制御装置は、目標とする車両の走行状態を達成するため、基本的には最適燃料消費率マップを用いてエンジン作動状態を制御し、エンジン作動状態に対応する変速段に適切に移行するよう、変速機を制御するものである。すなわち、本発明は、
「エンジンと複数の変速段を有する変速機とを備えた車両の車両走行制御装置であって、
前記エンジンは、前記車両走行制御装置が出力するアクセル開度相当信号に対応してエンジンを制御するエンジン制御装置を備え、
前記変速機は、車速を表す車速信号と前記アクセル開度相当信号とに対応して変速段を決定する変速段決定手段を有する変速機制御装置を備え、
前記車両走行制御装置は、最適燃料消費率となる前記エンジンの回転数と前記エンジンの出力トルクとの関係を示す最適燃料消費率マップを有する最適燃費点算出手段、前記最適燃費点算出手段の出力により前記アクセル開度相当信号を算出するアクセル開度算出手段、及び前記最適燃費点算出手段の出力により目標となる変速比を算出する目標変速比算出手段を備えており、
前記最適燃費点算出手段が、目標とする駆動力と車速とにより前記最適燃料消費率マップを用いて最適エンジン回転数及び最適エンジン出力トルクとを決定し、前記アクセル開度算出手段が前記アクセル開度相当信号を決定するとともに、目標変速比算出手段が、車速と前記最適エンジン回転数とに基づき目標変速比を決定し、さらに、
前記車両走行制御装置は、前記目標変速比と実際の変速比との変速比差を算出するとともに、前記変速比差を車速差に変換して前記変速比差に応じた車速補正量を算出し、かつ、車速と前記車速補正量とを加算した信号を、車速を表す車速信号として前記変速段決定手段に入力する」
ことを特徴とする車両走行制御装置となっている。
【００１１】
請求項２に記載のように、前記変速比差に応じた車速補正量は、前記変速比差に比例する量と前記変速比差を時間積分した量とを含むものとすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明が適用される車両には、エンジン及びエンジン制御装置と、有段の変速機、つまり複数の変速段を有する変速機及び変速段決定手段とが装備されており、先行車追従制御を実行するときは、車両走行制御装置がエンジン制御装置と変速段決定手段とに対する指令を出力する。車両走行制御装置は、最適燃料消費率となるエンジン回転数と出力トルクとの関係を示す最適燃料消費率マップを有しており、車間距離等から必要な加速度及び目標駆動力を演算して、最適燃料消費率マップによって最適エンジン回転数及び最適エンジン出力トルクとを算出し、これによりアクセル開度相当信号を決定する。アクセル開度相当信号はエンジン制御装置に出力され、燃料供給量を定める基本的なパラメータとして使用される。
このように、本発明の車両走行制御装置による先行車追従制御では、最適燃料消費率マップにより、目標駆動力を得るため燃料消費量が最小となるエンジンの作動点が算出され、これに応じてエンジン制御が遂行される。したがって、先行車追従制御時の燃料経済性が大幅に向上する。
【００１３】
車両走行制御装置により算出された最適エンジン回転数は、変速段を選択し決定するためにも用いられる。すなわち、車両走行制御装置の目標変速比算出手段が、車速と最適エンジン回転数とに基づき目標変速比を決定し、目標変速比と実際の変速比との変速比差を算出するとともに、この変速比差を車速差に変換して変速比差に応じた車速補正量を算出する。変速機の変速段決定手段は、車速信号とアクセル開度相当信号とに対応して変速段を選択し決定する制御を行うが、本発明の車両走行制御装置は、その車速信号として車速と車速補正量とを加算した信号を入力して変速段を決定する。本発明では、車速補正量が加算された信号を用いることによって、例えば車速信号とアクセル開度相当信号とに対応してマップの形で設定された変速段の切り替え点（変速点）が補正されることとなる。その結果、現在の変速段による実エンジン回転数が最適エンジン回転数よりも所定量相違する場合には、変速段が切り替わり、燃料消費量が小さいより適切な変速段に移行する。そして、変速点の補正は、別のマップを用意する等、変速機の変速段決定手段に変更を加えることなく実行できる。
【００１４】
また、車速補正量は、車速差に相当する変速比差に応じた量として演算されるから、その演算方法を適切に設定することにより、変速機制御の制御過程等を最適化することができる。本発明の適用される車両の変速機は有段変速機であって、変速機の変速段を切り替えると変速比はステップ状に変化し、同時にエンジン回転数もステップ状に変動して制御の安定性が損なわれ易いが、変速比差に応じた量として車速補正量を適切に設定すると、変速機制御を安定化することが可能である。
【００１５】
請求項２の発明は、変速比差に応じた車速補正量を、変速比差に比例する量と変速比差を時間積分した量を含むように演算するものであり、場合によっては、変速比差を時間微分した量を加えてもよい。このような演算による制御はＰＩＤ制御と呼ばれ、変速比差に比例する量の比例定数、つまりゲイン等を調整することによって、変速比差に対する車速補正量の大きさが変わり、応答性や安定性が適切な制御動作に変更することができる。また、変速比差を時間積分した量を含ませることによって、制御系の定常偏差を除去することができる。
本発明の変速段の制御においては、変速機の変速段の切り替えが生じたときには、エンジン回転数がステップ状に変化する。これに伴い制御系が不安定となり、変速段の切り替えを繰り返すハンチングが発生したり、エンジン回転数の収束に時間的な遅れが発生する虞れがあるが、請求項２の発明では、ＰＩＤ制御のゲイン等を調整して不安定な制御動作の防止を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて、本発明を実施した車両走行制御装置について説明する。図１は、本発明の適用される車両に搭載された動力伝達装置の概要及び各機器を制御する制御装置の全体的な関連を示すものであり、図２は、変速機制御装置における変速段決定手段の作動特性（シフトスケジュール）を表すグラフである。
【００１７】
図１に示すように、本発明の適用される車両には、エンジン１、変速機（Ｔ／Ｍ）２が搭載され、その中間にクラッチ３が配置してある。この実施例のエンジン１は、燃料噴射ポンプを備えたディーゼルエンジンであり、燃料噴射ポンプを制御して燃料供給量を変更するエンジン制御装置（エンジンＥＣＵ）１１を有している。また、変速機２は、自動的な操作が可能な平行軸歯車機構式の有段変速機であり、変速機制御装置（ＴＭＥＣＵ）２１で制御され複数の変速段を切り替えるギヤシフトユニット２２が設けられている。変速機２の出力軸は最終的には車輪に連結され、連結軸にはその回転数を検出する車速センサ４が設置される。変速機２の前方に配置されたクラッチ３は、変速段の切り替え時にクラッチを自動的に断接するクラッチアクチュエータ３１を備えている。
【００１８】
変速機制御装置２１は、自動的な変速機の操作の際に使用される変速段決定手段を有しており、この変速段決定手段は、図２に示されるように１２段の変速機の変速段を決定するものであり、基本的には車速信号とエンジンのアクセル開度信号に応じて変速段を決定し、車両の走行状態が変速段を切り替える変速点に到達すると、変速機制御装置２１がギヤシフトユニット２２に指令を出力して変速機２の変速段を変更する。そして、この実施例の動力伝達装置は、運転者の操作によるマニュアル運転も可能なように構成されており、運転者の操作に対応したアクセル開度（アクセルペダル踏み込み量）、変速機チェンジレバー、クラッチペダル踏み込み量の信号が変速機制御装置２１に入力され、マニュアル運転時には、これらの信号に応じて変速機制御装置２１がエンジン制御装置１１及びギヤシフトユニット２２に指令を出力する。
【００１９】
さらに、本発明の適用される車両においては、先行車追従運転などの自動的な運転を行う際に動力伝達装置を制御する、車両走行制御装置（車両制御ＥＣＵ）５が設けられている。車両走行制御装置５には、先行車追従制御のため先行車との車間距離を検出する車間距離センサ６からの信号が入力されるとともに、車速センサ４からの車速信号及び変速機の変速段の信号が入力され、車両走行制御装置５は、これらの信号に基づいて目標アクセル開度等の指令値を算出し、これによって変速機制御装置２１及びエンジン制御装置１１を制御する。車両走行制御装置５のコンピュータでは、指令値算出のための演算が、例えば１００ｍｓの短時間の周期で繰り返し実行される。
この車両には、自動的な運転とマニュアル運転を切り替える手動／自動スイッチが設置され、自動的な運転のときには、運転者が操作するアクセル開度と独立して車両走行制御装置５の演算したアクセル開度相当信号が、アクセル開度の代わりに変速機制御装置２１及びエンジン制御装置１１に入力されるようになる。なお、オートクルーズ制御の場合には、目標となる設定車速が車両走行制御装置５に入力される。
【００２０】
本発明の車両走行制御装置５は図３に示す最適燃料消費率マップを有しており、これは、車両走行制御装置５の記憶装置の中にマップの形で格納されている。エンジンの燃料消費率は、エンジン回転数と出力トルク、つまりエンジンの作動点に対応して決定されるが、最適燃料消費率マップは、エンジンの一定の出力に対し最適燃料消費率となるエンジン回転数と出力トルクとの関係を示すもので、個々のエンジンに特有の、図３の破線の曲線で表される特性となっている。
【００２１】
次いで、本発明の車両走行制御装置５において実行される先行車追従制御の概要について図４により説明する。車両走行制御装置５には、目標駆動力演算装置５Ａ、エンジン最適化演算装置５Ｂ及び変速点補正演算装置５Ｃが設けられる。目標駆動力演算装置５Ａは、車間距離センサ４からの車間距離情報により決定される目標加速度ａｄｅｓと車速Ｖｆとに基づき目標駆動力Ｆｄｅｓを算出する。エンジン最適化演算装置５Ｂは、後述（図５）するように、最適燃費点算出手段５１及びアクセル開度算出手段５２を有し、目標駆動力Ｆｄｅｓと車速Ｖｆとに基づきアクセル開度相当信号αｄｅｓを決定する。アクセル開度相当信号αｄｅｓはエンジン制御装置に入力され、エンジン１の燃料供給量を定めるパラメータとなる。また、エンジン最適化演算装置５Ｂの最適燃費点算出手段５１で決定された最適エンジン回転数ωｄｅｓは、変速点補正演算装置５Ｃに入力される。
【００２２】
変速点補正演算装置５Ｃは、後述（図５）するように、目標変速比算出手段５３を有しており、最適エンジン回転数ωｄｅｓと車速Ｖｆとに基づき目標変速比Ｉｇｄｅｓを決定した後、目標変速比Ｉｇｄｅｓと実際の変速比Ｉｇｒとの変速比差から車速補正量ΔＶｆを演算して、車速Ｖｆと車速補正量ΔＶｆとを加算した信号ＶｆＶを出力する。変速機２の変速段は、この信号ＶｆＶにより制御される。このように、先行車追従制御においては、エンジン回転数がエンジン最適化演算装置５Ｂで決定された最適エンジン回転数ωｄｅｓに近づき収束するよう変速機の制御が行われる。
【００２３】
図５には、本発明の車両走行制御装置５における処理手順及び信号の流れを示す。先行車追従制御では、まず、目標駆動力演算装置５Ａ（図４）により、車間距離情報から求められた目標加速度ａｄｅｓと車速Ｖｆとに基づき目標駆動力Ｆｄｅｓが、次のとおり演算される。
Ｆｄｅｓ＝FR＋（ｍ＋Δｍ）×ａｄｅｓ
ここで、FRは、転がり抵抗等車両の走行抵抗であり、車両重量や車両の走行状態により定まる量である。また、ｍ及びΔｍは、それぞれ、車両質量、回転部分相当質量であり、車両に固有の値である。
【００２４】
算出された目標駆動力Ｆｄｅｓは、車速センサ４により検出された車速Ｖｆとともに最適燃費点算出手段５１に入力される。最適燃費点算出手段５１では、目標駆動力Ｆｄｅｓを生じるために必要なエンジンの出力Pｄｅｓが、目標駆動力Ｆｄｅｓと車速Ｖｆとの乗算で算出される。つまり、
Pｄｅｓ＝Ｆｄｅｓ×Ｖｆ
最適燃費点算出手段５１には、図３に示す最適燃料消費率マップが備えられている。最適燃料消費率マップは、エンジンの一定の出力に対し最適燃料消費率となるエンジン回転数と出力トルクとの関係を示すもので、このマップから、エンジンの出力Pｄｅｓを発生するために最小の燃料消費量となる、最適エンジン回転数ωｄｅｓ及び最適エンジン出力トルクTｄｅｓとが決定される。図６は、その決定方法を図示するものであり、最適エンジン回転数ωｄｅｓ及び最適エンジン出力トルクTｄｅｓは、目標駆動力Ｆｄｅｓを生じるために必要なエンジンの出力Pｄｅｓ（図６の目標出力線）と、最適燃料消費率の曲線との交点となる作動点として求めることができる。
【００２５】
最適燃費点算出手段５１により決定された最適エンジン回転数ωｄｅｓ及び最適エンジン出力トルクTｄｅｓは、アクセル開度算出手段５２に入力される。アクセル開度算出手段５２には、図７に示すエンジンの作動点に対応してアクセル開度相当信号を決定する特性図がマップの形で格納されており、アクセル開度算出手段５２は、この特性図によって最適エンジン回転数ωｄｅｓ及び最適エンジン出力トルクTｄｅｓに対応するアクセル開度相当信号αｄｅｓを算出する。算出されたアクセル開度相当信号αｄｅｓは、変速機制御装置２１を介してエンジン制御装置１１に送られ、エンジン１を制御するパラメータとして使用される。したがって、エンジン１は、最適燃費点に相当するアクセル開度となり、先行車追従運転において燃料消費率が最適な状態で作動することとなる。
【００２６】
次に、本発明の車両走行制御装置５における変速機制御について説明する。車両走行制御装置５には、図５の目標変速比算出手段５３が備えられており、最適燃費点算出手段５１により決定された最適エンジン回転数ωｄｅｓは、車速Ｖｆとともに目標変速比算出手段５３に入力される。一般的に、エンジン回転数ωと車速Ｖｆとは比例関係にあり、変速機２の変速比をＩｇとすれば、両者の関係は、
ω＝C×Ｉｇ×Ｖｆ （Cは定数）
で表される。したがって、エンジン１が最適エンジン回転数ωｄｅｓとなるための目標変速比Ｉｇｄｅｓは次のようになる。
Ｉｇｄｅｓ＝（１／Ｃ）×（ωｄｅｓ／Ｖｆ）
一方、車両走行制御装置５には、実際の変速比Ｉｇｒを求める実変速比算出手段５４が備えられており、実変速比算出手段５４は、実際のエンジン回転数ωｒと車速Ｖｆから次のように求められる。
Ｉｇｒ＝（１／Ｃ）×（ωｒ／Ｖｆ）
【００２７】
ところで、実際の変速比Ｉｇｒは変速機２の変速段に対応したものであるが、本発明が適用される車両の変速機は複数の変速段を有する有段変速機であって、Ｉｇｒは、いわば離散的な固有値となり、目標変速比Ｉｇｄｅｓとは必ずしも一致せず、実際のエンジン回転数ωｒは最適エンジン回転数ωｄｅｓにはならない。そこで、車速Ｖｆに車速補正量ΔＶｆを加算したときにωｒがωｄｅｓに一致するような車速補正量ΔＶｆを計算すると、
Ｃ×（Ｖｆ＋ΔＶｆ）×Ｉｇｒ＝Ｃ×Ｖｆ×Ｉｇｄｅｓ
ΔＶｆ＝（Ｉｇｄｅｓ−Ｉｇｒ）×（Ｖｆ／Ｉｇｒ）
となる。ここで、Ｖｆ及びＩｇｒは定数とみなし得るから、車速補正量ΔＶｆと、目標変速比Ｉｇｄｅｓと実際の変速比Ｉｇｒとの変速比差（Ｉｇｄｅｓ−Ｉｇｒ）とは、比例する量となり、両者は簡単に変換ができる。
【００２８】
本発明の車両走行制御装置５には、目標変速比Ｉｇｄｅｓと実際の変速比Ｉｇｒとの減算処理を行う減算処理手段５５が設けてあり、両者の偏差である変速比差（Ｉｇｄｅｓ−Ｉｇｒ）が算出される。変速比差はＰＩＤ制御器５６に送られ、ここで変速比差に応じた適正な量に演算され、さらに車速量に変換されて車速補正量ΔＶｆとして出力される。車速補正量ΔＶｆには、加算処理手段５７で車速Ｖｆの加算が行われて加算した信号ＶｆＶ（補正後車速）が算出される。信号ＶｆＶは、変速機２の変速段を制御する変速機制御装置２１に入力され、変速機２の変速段を決定する車速信号となる。これによって、変速機制御装置２１の構成を変えることなく変速点が補正され、実質的に変速段決定手段における図２に示す特性が変更されることとなる。なお、変速機制御装置２１の入力側には、自動的な運転とマニュアル運転を切り替える手動／自動スイッチが設置され、マニュアル運転の際には、車速Ｖｆが変速機制御装置２１にそのまま入力される。
【００２９】
この実施例で用いられるＰＩＤ制御器は、比例動作（P動作）及び積分動作（I動作）行う制御器であって、変速比差（Ｉｇｄｅｓ−Ｉｇｒ）に応じた車速補正量ΔＶｆを、変速比差に比例する量と変速比差を時間積分した量を加算した量として演算する。ＰＩＤ制御器では、P動作又はI動作のゲインを調整することによって、変速比差に対する車速補正量ΔＶｆの大きさを変え、制御動作を適切化することができる。例えば、ゲインを小さくすると車速補正量ΔＶｆが緩やかに変化するようになり、変速比差が生じても変速段の切り替えが起こりにくい特性となって、急激な変速段の切り替えに伴う変速ショックや変速段の切り替えを繰り返すハンチングを防止できる。場合によっては、微分動作（D動作）を加え、制御動作の応答性を高めることもできる。
【００３０】
本発明の変速機制御装置２１の作動について図８を参照して説明する。図８は、変速点の特性（シフトスケジュール）を示す図２に、車速とエンジン回転数との関係を表すグラフ（下図）を対応させたものである。
下図において実際の変速比Ｉｇｒは直線の傾きとして表され、実際のエンジン回転数ωｒは現在の変速段Ｎ速に対応した直線上の作動点Ａとなる。前述したように、実際の変速比Ｉｇｒは離散的な値であるから、先行車追従制御において、最適燃費点算出手段５１により決定された最適エンジン回転数ωｄｅｓは、実際のエンジン回転数ωｒと異なる場合がある。このときは、ωｄｅｓにより定まる目標変速比ＩｇｄｅｓとＩｇｒとの偏差に基づきＰＩＤ制御器での演算が実行され、車速補正量ΔＶｆが算出される。ΔＶｆの値が増加し（Ｖｆ＋ΔＶｆ）の大きさが変速点を越えると、変速段が隣接する変速段、例えばＮ＋１速に切り替わる。これにより作動点はＢとなり、エンジンの状態は最適エンジン回転数ωｄｅｓに近い作動点に移るので、その燃料消費率が改善される。
【００３１】
Ｎ速の変速段からＮ＋１速への切り替えが生じたときには、エンジン回転数がステップ状に変化し、車速Ｖｆは短時間には変化しないから、実際のエンジン回転数ωｒが最適エンジン回転数ωｄｅｓよりも小さくなる場合がある。こうした急変が生じると制御系が不安定となり、変速段の切り替えを繰り返すハンチングが発生したり、エンジン回転数の収束に時間的な遅れが発生する虞れがある。本発明では、ＰＩＤ制御におけるＰ動作及びＩ動作のゲインを調整することにより、車速補正量ΔＶｆの時間的な増加状態を変更することができ、不安定な制御動作の防止を図ることが可能となる。時間経過に伴い、車速Ｖｆ等が変化して最適エンジン回転数ωｄｅｓが変わり、実際のエンジン回転数ωｒは最適エンジン回転数ωｄｅｓと一致するようになる。
【００３２】
以上詳述したように、本発明は、エンジンと複数の変速段を有する変速機とを搭載した車両において、目標とする車両の走行状態を達成するため、最適燃料消費率マップを用いてエンジン作動状態を制御し、エンジン作動状態に対応する変速段に適切に移行するよう、変速機を制御するものである。上記の実施例では、先行車追従制御の際の車両走行制御装置として説明したが、本発明は、オートクルーズ制御に適用することも可能である。また、ディーゼルエンジンに限らず例えばガソリンエンジンに適用するなど、実施例に対し種々の変形が可能であるのは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の車両走行制御装置及び動力伝達装置等の概要を示す図である。
【図２】本発明の変速段決定手段の作動特性を表す図である。
【図３】本発明で使用される最適燃料消費率マップを示す図である。
【図４】本発明における先行車追従制御の概要を示す図である。
【図５】本発明の車両走行制御装置における処理手順等を示す図である。
【図６】エンジンの最適作動点を求める過程を示す図である。
【図７】エンジン作動点とアクセル開度相当信号との関係を示す図である。
【図８】本発明の変速機制御装置の作動を示す図である。
【図９】従来の車両走行制御装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ エンジン
１１ エンジン制御装置
２ 変速機
２１ 変速機制御装置
３ クラッチ
３１ クラッチ制御装置
４ 車速センサ
５ 車両走行制御装置
５１ 最適燃費点算出手段
５２ アクセル開度算出手段
５３ 目標変速比算出手段
５４ 実変速比算出手段
５５ 減算処理手段
５６ ＰＩＤ制御器
５７ 加算処理手段
６ 車間距離センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと複数の変速段を有する変速機とを搭載した車両において、目標とする車両の走行状態を実現するよう、エンジン及び変速機の変速段を自動的に制御する車両走行制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の車両では各種の装置が自動化される傾向にあり、自動変速機を搭載するいわゆるオートマ（ＡＴ）車の普及が進んでいる。ＡＴ車の自動変速機は、トルクコンバータと遊星歯車機構とを組み合わせた変速機であるが、運転の容易化のための自動的な車両用動力伝達装置の中には、いわゆるマニュアル（ＭＴ）車と同様な平行軸歯車機構式変速機を使用して、その変速段を自動的に切り替えるものがある。自動変速機のトルクコンバータは、大型化が困難で流体の利用に伴う動力伝達損失が存在し、燃料経済性の点で不利な面がある。そのため、積載重量が大きく燃料経済性を重視する大型トラックなどでは、電子制御装置を用いて、車両の走行状態に応じて自動的に変速段を切り替える平行軸歯車機構式変速機が用いられる場合が多い。
【０００３】
自動化された車両走行制御装置の中には、走行安全性の向上を目的として、先行車との距離を一定に保持しながらこれに追従して走行する先行車追従制御（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｒｕｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）がある。この先行車追従制御では、レーダー等により先行車との距離を測定し、先行車との距離が離れたときはエンジンの出力を増大して車両を加速し、逆に、近づいたときはブレーキを作用させたりエンジンの出力を減少させて車両を減速する。したがって、先行車追従制御では、先行車との距離を一定に保つための目標加速度となるようエンジンの出力を制御しなければならない。エンジンの出力は、通常、運転者が操作するアクセルペダルにより制御されるけれども、先行車追従制御においては、車両走行制御装置がアクセルペダルの開度に相当する信号を演算し、このアクセル開度相当信号に応じてエンジンを制御する。運転者が操作するアクセルペダルと独立したアクセル開度相当信号に応じてエンジン出力を制御する方法は、走行時の車速を一定に保持するよう制御するオートクルーズ制御でも実施されている。
【０００４】
ところで、車両では燃料経済性が常に要請され、エンジンをなるべく燃料消費量が少ない状態で作動させることが求められる。先行車追従制御においても、燃料消費量が少ないエンジン作動状態で、目標加速度を達成する出力を得るようにエンジンを制御することが望ましい。こうした事情から、先行車追従制御において、エンジンの燃料消費量を最適に保ちながら目標加速度を達成する車両走行制御装置が知られており、例えば特開２００２−５２９５１号公報に開示されている。
【０００５】
この公報に示される先行車追従制御の構成を、図９の概略図によって説明する。図９の車両用動力伝達装置は、エンジン１０１、トルクコンバータ１０２及び無段変速機１０３を搭載しており、無段変速機１０３の出力軸は最終減速機（ファイナルギヤ）１０４を介して車両の駆動輪１０５に連結されている。車両走行制御装置は、エンジン制御装置１０６及び変速機制御装置１０７を備え、エンジン制御装置１０６は、運転者の操作するアクセル開度（スロットルバルブ１０８の開度）、エンジン回転数、車速（無段変速機１０３の出力軸回転数）等の信号に応じてエンジン１０１を制御し、一方、変速機制御装置１０７は、エンジン回転数及びアクセル開度、無段変速機の入力軸回転数、車速等の信号に応じてトルクコンバータ１０２及び無段変速機１０３を制御する。さらに、車両走行制御装置は、先行車追従制御を実行するため、車速コントローラ１０９と車間距離コントローラ１１０とからなる車両コントローラ１１１を備え、車両コントローラ１１１には、先行車との車間距離の信号及び道路勾配等前方道路環境に関する信号が入力される。
【０００６】
一般的にエンジンの燃料消費率、つまり単位量の出力を発生するための燃料量は、エンジンの回転数と出力トルクによって決定されるが、この車両走行制御装置におけるエンジン制御装置１０６は、エンジン回転数と出力トルクとに対応して最適燃料消費率を決定する最適燃料消費率マップを有している。先行車追従制御においては、車両コントローラ１１１は、入力された先行車との車間距離の信号等によって車両の目標加速度を演算して、それをエンジン制御装置１０６及び変速機制御装置１０７に出力する。エンジン制御装置１０６では、最適の燃料消費率で目標加速度を達成するためのエンジンの作動点を、最適燃料消費率マップを利用して求め、運転者の操作するアクセル開度とは独立して、スロットルバルブ１０８の開度を設定する。また、変速機制御装置１０７では、最適の燃料消費率となるエンジンの作動点に対応したエンジン回転数となるよう、検出された車速信号を用いて無段変速機１０３の変速比を制御する。
【特許文献１】特開２００２−５２９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先行車追従制御において、車両の目標加速度を達成するためエンジンを制御するに際し、特許文献１に示されるような最適燃料消費率マップを用いて最適作動点であるエンジン回転数と出力トルクを決定し、これをエンジンのアクセル開度相当信号としてスロットルバルブ等の燃料供給量調整装置を制御すると、燃料消費量の少ない先行車追従制御が実現でき、車両走行の燃料経済性が大幅に向上する。しかし、この先行車追従制御を実行する車両は、無段変速機を備え変速比を無段階に変更できる動力伝達装置を搭載していることを前提とする。つまり、最適作動点におけるエンジン回転数となるよう、そのときの車速に対する変速比が任意の値に設定可能であることが必要となる。
【０００８】
無段変速機としては各種の機構を有するものが知られているけれども、変速比を無段階に変更するには機構が複雑となり、大型トラックなどの伝達動力や伝達トルクが大きい車両の動力伝達装置としては、事実上使用できない。大型トラックなどで使用される変速機は、いわば有段の平行軸歯車機構式変速機であって、複数の変速段を構成する常時噛み合い式の歯車列を有する。このような変速機を備えた車両でも、電子制御装置と変速アクチュエータにより、走行状態に応じて自動的に変速段を切り替えることはできるが、先行車追従制御の際に、上述のように、最適作動点におけるエンジン回転数と一致するよう、変速比を無段階の任意の値に設定するのは不可能である。
【０００９】
一方、大型トラックなどの変速機は、例えば１２段というように、乗用車等に比べ多数の変速段を備えている。そのため、先行車追従制御においては、エンジンをなるべく燃料消費量の少ない状態で作動するよう制御しながら変速段をきめ細かく切り替え、燃料経済性の面から最適な走行状態を実現することが望ましい。
本発明の課題は、エンジンと複数の変速段を有する変速機とを搭載した車両において、燃料消費率を最適化するようにエンジン及び変速機を制御し、走行状態の変動に伴う不安定現象を生じることなく、目標とする車両の走行を達成する車両走行制御装置を構成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題に鑑み、本発明の車両走行制御装置は、目標とする車両の走行状態を達成するため、基本的には最適燃料消費率マップを用いてエンジン作動状態を制御し、エンジン作動状態に対応する変速段に適切に移行するよう、変速機を制御するものである。すなわち、本発明は、
「エンジンと複数の変速段を有する変速機とを備えた車両の車両走行制御装置であって、
前記エンジンは、前記車両走行制御装置が出力するアクセル開度相当信号に対応してエンジンを制御するエンジン制御装置を備え、
前記変速機は、車速を表す車速信号と前記アクセル開度相当信号とに対応して変速段を決定する変速段決定手段を有する変速機制御装置を備え、
前記車両走行制御装置は、最適燃料消費率となる前記エンジンの回転数と前記エンジンの出力トルクとの関係を示す最適燃料消費率マップを有する最適燃費点算出手段、前記最適燃費点算出手段の出力により前記アクセル開度相当信号を算出するアクセル開度算出手段、及び前記最適燃費点算出手段の出力により目標となる変速比を算出する目標変速比算出手段を備えており、
前記最適燃費点算出手段が、目標とする駆動力と車速とにより前記最適燃料消費率マップを用いて最適エンジン回転数及び最適エンジン出力トルクとを決定し、前記アクセル開度算出手段が前記アクセル開度相当信号を決定するとともに、目標変速比算出手段が、車速と前記最適エンジン回転数とに基づき目標変速比を決定し、さらに、
前記車両走行制御装置は、前記目標変速比と実際の変速比との変速比差を算出するとともに、前記変速比差を車速差に変換して前記変速比差に応じた車速補正量を算出し、かつ、車速と前記車速補正量とを加算した信号を、車速を表す車速信号として前記変速段決定手段に入力する」
ことを特徴とする車両走行制御装置となっている。
【００１１】
請求項２に記載のように、前記変速比差に応じた車速補正量は、前記変速比差に比例する量と前記変速比差を時間積分した量とを含むものとすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明が適用される車両には、エンジン及びエンジン制御装置と、有段の変速機、つまり複数の変速段を有する変速機及び変速段決定手段とが装備されており、先行車追従制御を実行するときは、車両走行制御装置がエンジン制御装置と変速段決定手段とに対する指令を出力する。車両走行制御装置は、最適燃料消費率となるエンジン回転数と出力トルクとの関係を示す最適燃料消費率マップを有しており、車間距離等から必要な加速度及び目標駆動力を演算して、最適燃料消費率マップによって最適エンジン回転数及び最適エンジン出力トルクとを算出し、これによりアクセル開度相当信号を決定する。アクセル開度相当信号はエンジン制御装置に出力され、燃料供給量を定める基本的なパラメータとして使用される。
このように、本発明の車両走行制御装置による先行車追従制御では、最適燃料消費率マップにより、目標駆動力を得るため燃料消費量が最小となるエンジンの作動点が算出され、これに応じてエンジン制御が遂行される。したがって、先行車追従制御時の燃料経済性が大幅に向上する。
【００１３】
車両走行制御装置により算出された最適エンジン回転数は、変速段を選択し決定するためにも用いられる。すなわち、車両走行制御装置の目標変速比算出手段が、車速と最適エンジン回転数とに基づき目標変速比を決定し、目標変速比と実際の変速比との変速比差を算出するとともに、この変速比差を車速差に変換して変速比差に応じた車速補正量を算出する。変速機の変速段決定手段は、車速信号とアクセル開度相当信号とに対応して変速段を選択し決定する制御を行うが、本発明の車両走行制御装置は、その車速信号として車速と車速補正量とを加算した信号を入力して変速段を決定する。本発明では、車速補正量が加算された信号を用いることによって、例えば車速信号とアクセル開度相当信号とに対応してマップの形で設定された変速段の切り替え点（変速点）が補正されることとなる。その結果、現在の変速段による実エンジン回転数が最適エンジン回転数よりも所定量相違する場合には、変速段が切り替わり、燃料消費量が小さいより適切な変速段に移行する。そして、変速点の補正は、別のマップを用意する等、変速機の変速段決定手段に変更を加えることなく実行できる。
【００１４】
また、車速補正量は、車速差に相当する変速比差に応じた量として演算されるから、その演算方法を適切に設定することにより、変速機制御の制御過程等を最適化することができる。本発明の適用される車両の変速機は有段変速機であって、変速機の変速段を切り替えると変速比はステップ状に変化し、同時にエンジン回転数もステップ状に変動して制御の安定性が損なわれ易いが、変速比差に応じた量として車速補正量を適切に設定すると、変速機制御を安定化することが可能である。
【００１５】
請求項２の発明は、変速比差に応じた車速補正量を、変速比差に比例する量と変速比差を時間積分した量を含むように演算するものであり、場合によっては、変速比差を時間微分した量を加えてもよい。このような演算による制御はＰＩＤ制御と呼ばれ、変速比差に比例する量の比例定数、つまりゲイン等を調整することによって、変速比差に対する車速補正量の大きさが変わり、応答性や安定性が適切な制御動作に変更することができる。また、変速比差を時間積分した量を含ませることによって、制御系の定常偏差を除去することができる。
本発明の変速段の制御においては、変速機の変速段の切り替えが生じたときには、エンジン回転数がステップ状に変化する。これに伴い制御系が不安定となり、変速段の切り替えを繰り返すハンチングが発生したり、エンジン回転数の収束に時間的な遅れが発生する虞れがあるが、請求項２の発明では、ＰＩＤ制御のゲイン等を調整して不安定な制御動作の防止を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて、本発明を実施した車両走行制御装置について説明する。図１は、本発明の適用される車両に搭載された動力伝達装置の概要及び各機器を制御する制御装置の全体的な関連を示すものであり、図２は、変速機制御装置における変速段決定手段の作動特性（シフトスケジュール）を表すグラフである。
【００１７】
図１に示すように、本発明の適用される車両には、エンジン１、変速機（Ｔ／Ｍ）２が搭載され、その中間にクラッチ３が配置してある。この実施例のエンジン１は、燃料噴射ポンプを備えたディーゼルエンジンであり、燃料噴射ポンプを制御して燃料供給量を変更するエンジン制御装置（エンジンＥＣＵ）１１を有している。また、変速機２は、自動的な操作が可能な平行軸歯車機構式の有段変速機であり、変速機制御装置（ＴＭＥＣＵ）２１で制御され複数の変速段を切り替えるギヤシフトユニット２２が設けられている。変速機２の出力軸は最終的には車輪に連結され、連結軸にはその回転数を検出する車速センサ４が設置される。変速機２の前方に配置されたクラッチ３は、変速段の切り替え時にクラッチを自動的に断接するクラッチアクチュエータ３１を備えている。
【００１８】
変速機制御装置２１は、自動的な変速機の操作の際に使用される変速段決定手段を有しており、この変速段決定手段は、図２に示されるように１２段の変速機の変速段を決定するものであり、基本的には車速信号とエンジンのアクセル開度信号に応じて変速段を決定し、車両の走行状態が変速段を切り替える変速点に到達すると、変速機制御装置２１がギヤシフトユニット２２に指令を出力して変速機２の変速段を変更する。そして、この実施例の動力伝達装置は、運転者の操作によるマニュアル運転も可能なように構成されており、運転者の操作に対応したアクセル開度（アクセルペダル踏み込み量）、変速機チェンジレバー、クラッチペダル踏み込み量の信号が変速機制御装置２１に入力され、マニュアル運転時には、これらの信号に応じて変速機制御装置２１がエンジン制御装置１１及びギヤシフトユニット２２に指令を出力する。
【００１９】
さらに、本発明の適用される車両においては、先行車追従運転などの自動的な運転を行う際に動力伝達装置を制御する、車両走行制御装置（車両制御ＥＣＵ）５が設けられている。車両走行制御装置５には、先行車追従制御のため先行車との車間距離を検出する車間距離センサ６からの信号が入力されるとともに、車速センサ４からの車速信号及び変速機の変速段の信号が入力され、車両走行制御装置５は、これらの信号に基づいて目標アクセル開度等の指令値を算出し、これによって変速機制御装置２１及びエンジン制御装置１１を制御する。車両走行制御装置５のコンピュータでは、指令値算出のための演算が、例えば１００ｍｓの短時間の周期で繰り返し実行される。
この車両には、自動的な運転とマニュアル運転を切り替える手動／自動スイッチが設置され、自動的な運転のときには、運転者が操作するアクセル開度と独立して車両走行制御装置５の演算したアクセル開度相当信号が、アクセル開度の代わりに変速機制御装置２１及びエンジン制御装置１１に入力されるようになる。なお、オートクルーズ制御の場合には、目標となる設定車速が車両走行制御装置５に入力される。
【００２０】
本発明の車両走行制御装置５は図３に示す最適燃料消費率マップを有しており、これは、車両走行制御装置５の記憶装置の中にマップの形で格納されている。エンジンの燃料消費率は、エンジン回転数と出力トルク、つまりエンジンの作動点に対応して決定されるが、最適燃料消費率マップは、エンジンの一定の出力に対し最適燃料消費率となるエンジン回転数と出力トルクとの関係を示すもので、個々のエンジンに特有の、図３の破線の曲線で表される特性となっている。
【００２１】
次いで、本発明の車両走行制御装置５において実行される先行車追従制御の概要について図４により説明する。車両走行制御装置５には、目標駆動力演算装置５Ａ、エンジン最適化演算装置５Ｂ及び変速点補正演算装置５Ｃが設けられる。目標駆動力演算装置５Ａは、車間距離センサ４からの車間距離情報により決定される目標加速度ａｄｅｓと車速Ｖｆとに基づき目標駆動力Ｆｄｅｓを算出する。エンジン最適化演算装置５Ｂは、後述（図５）するように、最適燃費点算出手段５１及びアクセル開度算出手段５２を有し、目標駆動力Ｆｄｅｓと車速Ｖｆとに基づきアクセル開度相当信号αｄｅｓを決定する。アクセル開度相当信号αｄｅｓはエンジン制御装置に入力され、エンジン１の燃料供給量を定めるパラメータとなる。また、エンジン最適化演算装置５Ｂの最適燃費点算出手段５１で決定された最適エンジン回転数ωｄｅｓは、変速点補正演算装置５Ｃに入力される。
【００２２】
変速点補正演算装置５Ｃは、後述（図５）するように、目標変速比算出手段５３を有しており、最適エンジン回転数ωｄｅｓと車速Ｖｆとに基づき目標変速比Ｉｇｄｅｓを決定した後、目標変速比Ｉｇｄｅｓと実際の変速比Ｉｇｒとの変速比差から車速補正量ΔＶｆを演算して、車速Ｖｆと車速補正量ΔＶｆとを加算した信号ＶｆＶを出力する。変速機２の変速段は、この信号ＶｆＶにより制御される。このように、先行車追従制御においては、エンジン回転数がエンジン最適化演算装置５Ｂで決定された最適エンジン回転数ωｄｅｓに近づき収束するよう変速機の制御が行われる。
【００２３】
図５には、本発明の車両走行制御装置５における処理手順及び信号の流れを示す。先行車追従制御では、まず、目標駆動力演算装置５Ａ（図４）により、車間距離情報から求められた目標加速度ａｄｅｓと車速Ｖｆとに基づき目標駆動力Ｆｄｅｓが、次のとおり演算される。
Ｆｄｅｓ＝FR＋（ｍ＋Δｍ）×ａｄｅｓ
ここで、FRは、転がり抵抗等車両の走行抵抗であり、車両重量や車両の走行状態により定まる量である。また、ｍ及びΔｍは、それぞれ、車両質量、回転部分相当質量であり、車両に固有の値である。
【００２４】
算出された目標駆動力Ｆｄｅｓは、車速センサ４により検出された車速Ｖｆとともに最適燃費点算出手段５１に入力される。最適燃費点算出手段５１では、目標駆動力Ｆｄｅｓを生じるために必要なエンジンの出力Pｄｅｓが、目標駆動力Ｆｄｅｓと車速Ｖｆとの乗算で算出される。つまり、
Pｄｅｓ＝Ｆｄｅｓ×Ｖｆ
最適燃費点算出手段５１には、図３に示す最適燃料消費率マップが備えられている。最適燃料消費率マップは、エンジンの一定の出力に対し最適燃料消費率となるエンジン回転数と出力トルクとの関係を示すもので、このマップから、エンジンの出力Pｄｅｓを発生するために最小の燃料消費量となる、最適エンジン回転数ωｄｅｓ及び最適エンジン出力トルクTｄｅｓとが決定される。図６は、その決定方法を図示するものであり、最適エンジン回転数ωｄｅｓ及び最適エンジン出力トルクTｄｅｓは、目標駆動力Ｆｄｅｓを生じるために必要なエンジンの出力Pｄｅｓ（図６の目標出力線）と、最適燃料消費率の曲線との交点となる作動点として求めることができる。
【００２５】
最適燃費点算出手段５１により決定された最適エンジン回転数ωｄｅｓ及び最適エンジン出力トルクTｄｅｓは、アクセル開度算出手段５２に入力される。アクセル開度算出手段５２には、図７に示すエンジンの作動点に対応してアクセル開度相当信号を決定する特性図がマップの形で格納されており、アクセル開度算出手段５２は、この特性図によって最適エンジン回転数ωｄｅｓ及び最適エンジン出力トルクTｄｅｓに対応するアクセル開度相当信号αｄｅｓを算出する。算出されたアクセル開度相当信号αｄｅｓは、変速機制御装置２１を介してエンジン制御装置１１に送られ、エンジン１を制御するパラメータとして使用される。したがって、エンジン１は、最適燃費点に相当するアクセル開度となり、先行車追従運転において燃料消費率が最適な状態で作動することとなる。
【００２６】
次に、本発明の車両走行制御装置５における変速機制御について説明する。車両走行制御装置５には、図５の目標変速比算出手段５３が備えられており、最適燃費点算出手段５１により決定された最適エンジン回転数ωｄｅｓは、車速Ｖｆとともに目標変速比算出手段５３に入力される。一般的に、エンジン回転数ωと車速Ｖｆとは比例関係にあり、変速機２の変速比をＩｇとすれば、両者の関係は、
ω＝C×Ｉｇ×Ｖｆ （Cは定数）
で表される。したがって、エンジン１が最適エンジン回転数ωｄｅｓとなるための目標変速比Ｉｇｄｅｓは次のようになる。
Ｉｇｄｅｓ＝（１／Ｃ）×（ωｄｅｓ／Ｖｆ）
一方、車両走行制御装置５には、実際の変速比Ｉｇｒを求める実変速比算出手段５４が備えられており、実変速比算出手段５４は、実際のエンジン回転数ωｒと車速Ｖｆから次のように求められる。
Ｉｇｒ＝（１／Ｃ）×（ωｒ／Ｖｆ）
【００２７】
ところで、実際の変速比Ｉｇｒは変速機２の変速段に対応したものであるが、本発明が適用される車両の変速機は複数の変速段を有する有段変速機であって、Ｉｇｒは、いわば離散的な固有値となり、目標変速比Ｉｇｄｅｓとは必ずしも一致せず、実際のエンジン回転数ωｒは最適エンジン回転数ωｄｅｓにはならない。そこで、車速Ｖｆに車速補正量ΔＶｆを加算したときにωｒがωｄｅｓに一致するような車速補正量ΔＶｆを計算すると、
Ｃ×（Ｖｆ＋ΔＶｆ）×Ｉｇｒ＝Ｃ×Ｖｆ×Ｉｇｄｅｓ
ΔＶｆ＝（Ｉｇｄｅｓ−Ｉｇｒ）×（Ｖｆ／Ｉｇｒ）
となる。ここで、Ｖｆ及びＩｇｒは定数とみなし得るから、車速補正量ΔＶｆと、目標変速比Ｉｇｄｅｓと実際の変速比Ｉｇｒとの変速比差（Ｉｇｄｅｓ−Ｉｇｒ）とは、比例する量となり、両者は簡単に変換ができる。
【００２８】
本発明の車両走行制御装置５には、目標変速比Ｉｇｄｅｓと実際の変速比Ｉｇｒとの減算処理を行う減算処理手段５５が設けてあり、両者の偏差である変速比差（Ｉｇｄｅｓ−Ｉｇｒ）が算出される。変速比差はＰＩＤ制御器５６に送られ、ここで変速比差に応じた適正な量に演算され、さらに車速量に変換されて車速補正量ΔＶｆとして出力される。車速補正量ΔＶｆには、加算処理手段５７で車速Ｖｆの加算が行われて加算した信号ＶｆＶ（補正後車速）が算出される。信号ＶｆＶは、変速機２の変速段を制御する変速機制御装置２１に入力され、変速機２の変速段を決定する車速信号となる。これによって、変速機制御装置２１の構成を変えることなく変速点が補正され、実質的に変速段決定手段における図２に示す特性が変更されることとなる。なお、変速機制御装置２１の入力側には、自動的な運転とマニュアル運転を切り替える手動／自動スイッチが設置され、マニュアル運転の際には、車速Ｖｆが変速機制御装置２１にそのまま入力される。
【００２９】
この実施例で用いられるＰＩＤ制御器は、比例動作（P動作）及び積分動作（I動作）行う制御器であって、変速比差（Ｉｇｄｅｓ−Ｉｇｒ）に応じた車速補正量ΔＶｆを、変速比差に比例する量と変速比差を時間積分した量を加算した量として演算する。ＰＩＤ制御器では、P動作又はI動作のゲインを調整することによって、変速比差に対する車速補正量ΔＶｆの大きさを変え、制御動作を適切化することができる。例えば、ゲインを小さくすると車速補正量ΔＶｆが緩やかに変化するようになり、変速比差が生じても変速段の切り替えが起こりにくい特性となって、急激な変速段の切り替えに伴う変速ショックや変速段の切り替えを繰り返すハンチングを防止できる。場合によっては、微分動作（D動作）を加え、制御動作の応答性を高めることもできる。
【００３０】
本発明の変速機制御装置２１の作動について図８を参照して説明する。図８は、変速点の特性（シフトスケジュール）を示す図２に、車速とエンジン回転数との関係を表すグラフ（下図）を対応させたものである。
下図において実際の変速比Ｉｇｒは直線の傾きとして表され、実際のエンジン回転数ωｒは現在の変速段Ｎ速に対応した直線上の作動点Ａとなる。前述したように、実際の変速比Ｉｇｒは離散的な値であるから、先行車追従制御において、最適燃費点算出手段５１により決定された最適エンジン回転数ωｄｅｓは、実際のエンジン回転数ωｒと異なる場合がある。このときは、ωｄｅｓにより定まる目標変速比ＩｇｄｅｓとＩｇｒとの偏差に基づきＰＩＤ制御器での演算が実行され、車速補正量ΔＶｆが算出される。ΔＶｆの値が増加し（Ｖｆ＋ΔＶｆ）の大きさが変速点を越えると、変速段が隣接する変速段、例えばＮ＋１速に切り替わる。これにより作動点はＢとなり、エンジンの状態は最適エンジン回転数ωｄｅｓに近い作動点に移るので、その燃料消費率が改善される。
【００３１】
Ｎ速の変速段からＮ＋１速への切り替えが生じたときには、エンジン回転数がステップ状に変化し、車速Ｖｆは短時間には変化しないから、実際のエンジン回転数ωｒが最適エンジン回転数ωｄｅｓよりも小さくなる場合がある。こうした急変が生じると制御系が不安定となり、変速段の切り替えを繰り返すハンチングが発生したり、エンジン回転数の収束に時間的な遅れが発生する虞れがある。本発明では、ＰＩＤ制御におけるＰ動作及びＩ動作のゲインを調整することにより、車速補正量ΔＶｆの時間的な増加状態を変更することができ、不安定な制御動作の防止を図ることが可能となる。時間経過に伴い、車速Ｖｆ等が変化して最適エンジン回転数ωｄｅｓが変わり、実際のエンジン回転数ωｒは最適エンジン回転数ωｄｅｓと一致するようになる。
【００３２】
以上詳述したように、本発明は、エンジンと複数の変速段を有する変速機とを搭載した車両において、目標とする車両の走行状態を達成するため、最適燃料消費率マップを用いてエンジン作動状態を制御し、エンジン作動状態に対応する変速段に適切に移行するよう、変速機を制御するものである。上記の実施例では、先行車追従制御の際の車両走行制御装置として説明したが、本発明は、オートクルーズ制御に適用することも可能である。また、ディーゼルエンジンに限らず例えばガソリンエンジンに適用するなど、実施例に対し種々の変形が可能であるのは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の車両走行制御装置及び動力伝達装置等の概要を示す図である。
【図２】本発明の変速段決定手段の作動特性を表す図である。
【図３】本発明で使用される最適燃料消費率マップを示す図である。
【図４】本発明における先行車追従制御の概要を示す図である。
【図５】本発明の車両走行制御装置における処理手順等を示す図である。
【図６】エンジンの最適作動点を求める過程を示す図である。
【図７】エンジン作動点とアクセル開度相当信号との関係を示す図である。
【図８】本発明の変速機制御装置の作動を示す図である。
【図９】従来の車両走行制御装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ エンジン
１１ エンジン制御装置
２ 変速機
２１ 変速機制御装置
３ クラッチ
３１ クラッチ制御装置
４ 車速センサ
５ 車両走行制御装置
５１ 最適燃費点算出手段
５２ アクセル開度算出手段
５３ 目標変速比算出手段
５４ 実変速比算出手段
５５ 減算処理手段
５６ ＰＩＤ制御器
５７ 加算処理手段
６ 車間距離センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと複数の変速段を有する変速機とを備えた車両の車両走行制御装置であって、
前記エンジンは、前記車両走行制御装置が出力するアクセル開度相当信号に対応してエンジンを制御するエンジン制御装置を備え、
前記変速機は、車速を表す車速信号と前記アクセル開度相当信号とに対応して変速段を決定する変速段決定手段を有する変速機制御装置を備え、
前記車両走行制御装置は、最適燃料消費率となる前記エンジンの回転数と前記エンジンの出力トルクとの関係を示す最適燃料消費率マップを有する最適燃費点算出手段、前記最適燃費点算出手段の出力により前記アクセル開度相当信号を算出するアクセル開度算出手段、及び前記最適燃費点算出手段の出力により目標となる変速比を算出する目標変速比算出手段を備えており、
前記最適燃費点算出手段が、目標とする駆動力と車速とにより前記最適燃料消費率マップを用いて最適エンジン回転数及び最適エンジン出力トルクとを決定し、前記アクセル開度算出手段が前記アクセル開度相当信号を決定するとともに、目標変速比算出手段が、車速と前記最適エンジン回転数とに基づき目標変速比を決定し、さらに、
前記車両走行制御装置は、前記目標変速比と実際の変速比との変速比差を算出するとともに、前記変速比差を車速差に変換して前記変速比差に応じた車速補正量を算出し、かつ、車速と前記車速補正量とを加算した信号を、車速を表す車速信号として前記変速段決定手段に入力することを特徴とする車両走行制御装置。
【請求項２】
前記変速比差に応じた車速補正量は、前記変速比差に比例する量と前記変速比差を時間積分した量とを含む請求項１に記載の車両走行制御装置。
【請求項１】
エンジンと複数の変速段を有する変速機とを備えた車両の車両走行制御装置であって、
前記エンジンは、前記車両走行制御装置が出力するアクセル開度相当信号に対応してエンジンを制御するエンジン制御装置を備え、
前記変速機は、車速を表す車速信号と前記アクセル開度相当信号とに対応して変速段を決定する変速段決定手段を有する変速機制御装置を備え、
前記車両走行制御装置は、最適燃料消費率となる前記エンジンの回転数と前記エンジンの出力トルクとの関係を示す最適燃料消費率マップを有する最適燃費点算出手段、前記最適燃費点算出手段の出力により前記アクセル開度相当信号を算出するアクセル開度算出手段、及び前記最適燃費点算出手段の出力により目標となる変速比を算出する目標変速比算出手段を備えており、
前記最適燃費点算出手段が、目標とする駆動力と車速とにより前記最適燃料消費率マップを用いて最適エンジン回転数及び最適エンジン出力トルクとを決定し、前記アクセル開度算出手段が前記アクセル開度相当信号を決定するとともに、目標変速比算出手段が、車速と前記最適エンジン回転数とに基づき目標変速比を決定し、さらに、
前記車両走行制御装置は、前記目標変速比と実際の変速比との変速比差を算出するとともに、前記変速比差を車速差に変換して前記変速比差に応じた車速補正量を算出し、かつ、車速と前記車速補正量とを加算した信号を、車速を表す車速信号として前記変速段決定手段に入力することを特徴とする車両走行制御装置。
【請求項２】
前記変速比差に応じた車速補正量は、前記変速比差に比例する量と前記変速比差を時間積分した量とを含む請求項１に記載の車両走行制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−４９７３８（Ｐ２００８−４９７３８Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２５３７７（Ｐ２００６−２２５３７７）
【出願日】平成１８年８月２２日（２００６．８．２２）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２２日（２００６．８．２２）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【Ｆターム（参考）】
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