(57)【要約】【課題】本発明は、自動車の車速を自動的に制御する車速自動制御システムおよび方法に関するものである。【解決手段】そのための本発明は、車両の走行車速を設定された目標車速に自動制御する方法であって、前記走行車速を検出するステップと、走行道路の傾斜の有無を判断するステップと、前記走行道路が傾斜道路であれば、前記傾斜道路の傾斜角が反映された走行抵抗値に基づいて前記走行車速を前記目標車速に制御するステップとを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の走行車速を設定された目標車速に自動制御する方法であって、
前記走行車速を検出するステップと、
走行道路の傾斜の有無を判断するステップと、
前記走行道路が傾斜道路であれば、前記傾斜道路の傾斜角が反映された走行抵抗値に基づいて前記走行車速を前記目標車速に制御するステップとを含むことを特徴とする車速自動制御方法。
【請求項２】
前記走行車速を前記目標車速に制御するステップは、
前記道路の傾斜角が反映された走行抵抗値をフィードフォワード制御値とすることを特徴とする請求項１記載の車速自動制御方法。
【請求項３】
前記走行道路の傾斜の有無の判断は、車両の縦傾きを検出する縦加速度検出器を用いて判断することを特徴とする請求項２記載の車速自動制御方法。
【請求項４】
前記傾斜道路の傾斜角が反映された走行抵抗値は、
前記傾斜道路において車輪の転動による転動抵抗値と、
前記傾斜道路において車体の空気抵抗による空気抵抗値と、
前記傾斜道路の傾斜による傾斜抵抗値とに基づいて計算されることを特徴とする請求項３記載の車速自動制御方法。
【請求項５】
前記走行車速はフィードバックされ、前記走行車速を前記目標車速にフィードバック制御するのに用いられることを特徴とする請求項４記載の車速自動制御方法。
【請求項６】
前記縦加速度検出器の出力信号が設定時間以上持続するかを判断するステップをさらに含み、
前記傾斜道路の傾斜角が反映された走行抵抗値に基づいて前記走行車速を前記目標車速に制御するステップは、前記縦加速度検出器の出力信号が設定時間以上持続する場合に行われることを特徴とする請求項３記載の車速自動制御方法。
【請求項７】
車両の縦傾きを検出する縦加速度センサと、
車両の走行車速を検出する車速検出器と、
エンジン、変速装置および制動装置を含み、前記車両の走行車速を制御するための制御対象と、
前記縦加速度センサおよび車速検出器の信号を受信して前記制御対象を制御し、走行車速を設定された目標車速に制御する車速制御器とを含み、
前記車速制御器は、前記走行車速を検出するステップと、走行道路の傾斜の有無を判断するステップと、前記走行道路が傾斜道路であれば、前記傾斜道路の傾斜角が反映された走行抵抗値に基づいて前記走行車速を前記目標車速に制御するステップと、を含む、車速自動制御方法を実行するための一連の命令を含む設定されたプログラムによって動作することを特徴とする車速自動制御システム。
【請求項８】
前記車速制御器は、
前記車速検出器から出力される車速信号に基づいて車速をフィードバック制御するフィードバック制御器と、
車両の走行抵抗を測定する走行抵抗測定器と、
前記走行抵抗測定器で測定された走行抵抗値に基づいて車速をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御器とを含むことを特徴とする請求項７記載の車速自動制御システム。
【請求項９】
前記走行抵抗測定器は、
車輪の転動による抵抗を測定する転動抵抗測定器と、
走行中に車体の空気抵抗を測定する空気抵抗測定器と、
前記縦加速度センサの出力信号に基づいて傾斜道路の傾斜抵抗を測定する傾斜抵抗測定器とを含むことを特徴とする請求項８記載の車速自動制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の車速を自動的に制御する車速自動制御システムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、自動車の車速自動制御システム（ＡＣＣ；ａｕｔｏ  ｃｒｕｉｓｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｙｓｔｅｍ）は、人間の助けなく車両の走行速度を設定した速度に一定に維持するシステムである。人間の助けがないとは、運転者が加速ペダルおよびブレーキペダルのような、車速に関連する機構を操作しないと見なすことができる。
【０００３】
従来の車速自動制御システムについては、米国特許公開公報第２００５０２４０３３４号、第２００６０２１２２０７号、第２００６０１００７６９号などに開示されている。
【０００４】
従来技術によれば、車速自動制御システムは、車両の速度制御のためにフィードバック（ｆｅｅｄｂａｃｋ）制御を行う。前記フィードバック制御は、一般的に比例積分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御である。
【０００５】
しかし、従来技術の車速自動制御システムは、図１に示すように、車両が平地道路から傾斜道路への移行時に車速のアンダーシュート（ｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔ）が発生し、傾斜道路から平地道路への移行時に車速のオーバーシュート（ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）が発生する問題があった。
【０００６】
つまり、従来技術によれば、走行道路の変化を考慮せずに制御をすることから、走行道路に勾配（傾斜）の変化がある場合、車速のエラーが過度に発生する問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、車速を設定された目標車速に制御するためにフィードバック制御およびフィードフォワード制御をすべて用いるが、走行道路の傾斜の有無に応じて前記フィードフォワード制御に適用される走行抵抗値を異にすることにより、傾斜道路への進入時または傾斜道路からの離脱時に発生する車速のアンダーシュートまたはオーバーシュートの発生を効果的に抑制し、車両の走行性（ｓｍｏｏｔｈｌｙ  ｄｒｉｖｉｎｇ）を向上できるようにした車速自動制御システムおよび方法を提供することである。
【０００８】
また、本発明が解決しようとする課題は、傾斜道路を縦加速度センサ（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｏｒ）を含む縦加速度検出器を通して検出し、傾斜道路における走行抵抗を正確に計算し、これにより、車速制御の応答性を向上させることができる車速自動制御システムおよび方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するための、本発明の実施形態にかかる車速自動制御方法は、車両の走行車速を設定された目標車速に自動制御する方法であって、前記走行車速を検出するステップと、走行道路の傾斜の有無を判断するステップと、前記走行道路が傾斜道路であれば、前記傾斜道路の傾斜角が反映された走行抵抗値に基づいて前記走行車速を前記目標車速に制御するステップとを含む。
【００１０】
好ましくは、前記走行車速を前記目標車速に制御するステップは、前記道路の傾斜角が反映された走行抵抗値をフィードフォワード制御値とすることができる。
【００１１】
好ましくは、前記走行道路の傾斜の有無の判断は、車両の縦傾きを検出する縦加速度検出器を用いて判断することができる。
【００１２】
好ましくは、前記傾斜道路の傾斜角が反映された走行抵抗値は、前記傾斜道路において車輪の転動による転動抵抗値と、前記傾斜道路において車体の空気抵抗による空気抵抗値と、前記傾斜道路の傾斜による傾斜抵抗値とに基づいて計算される。
【００１３】
好ましくは、前記走行車速はフィードバックされ、前記走行車速を前記目標車速にフィードバック制御するのに使用できる。
【００１４】
好ましくは、前記車速自動制御方法は、前記縦加速度検出器の出力信号が設定時間以上持続するかを判断するステップをさらに含み、前記傾斜道路の傾斜角が反映された走行抵抗値に基づいて前記走行車速を前記目標車速に制御するステップは、前記縦加速度検出器の出力信号が設定時間以上持続する場合に実行できる。
【００１５】
そして、上記の課題を解決するための、本発明の他の実施形態にかかる車速自動制御システムは、車両の縦傾きを検出する縦加速度センサと、車両の走行車速を検出する車速検出器と、エンジン、変速装置および制動装置を含み、前記車両の走行車速を制御するための制御対象と、前記縦加速度センサおよび車速検出器の信号を受信して前記制御対象を制御し、走行車速を設定された目標車速に制御する車速制御器とを含み、前記車速制御器は、前記車速自動制御方法を実行するための一連の命令を含む設定されたプログラムによって動作する。
【００１６】
好ましくは、前記車速制御器は、前記車速検出器から出力される車速信号に基づいて車速をフィードバック制御するフィードバック制御器と、車両の走行抵抗を測定する走行抵抗測定器と、前記走行抵抗測定器で測定された走行抵抗値に基づいて車速をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御器とを含むことができる。
【００１７】
好ましくは、前記走行抵抗測定器は、車輪の転動による抵抗を測定する転動抵抗測定器と、走行中に車体の空気抵抗を測定する空気抵抗測定器と、前記縦加速度センサの出力信号に基づいて傾斜道路の傾斜抵抗を測定する傾斜抵抗測定器とを含むことができる。
【００１８】
好ましくは、前記転動抵抗測定器は、転動抵抗値を下記の公式１の値Ｆｒｏｌｌｉｎｇで計算し、前記空気抵抗測定器は、空気抵抗値を下記の公式２の値Ｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃで計算し、前記傾斜抵抗測定器は、傾斜抵抗値を下記の公式３の値Ｆｃｌｉｍｂｉｎｇで計算することができる。なお、公式１において、μｔｉｒｅはタイヤ摩擦係数であり、ｍｖｅｈｉｃｌｅは車両の重量であり、ｇｒａｖｉｔｙは重力加速度である。また、公式２において、ρａｉｒは空気密度であり、Ｃｄは空気抵抗係数であり、Ａは車両正面面積であり、ｖは車速である。さらに、公式３において、ｍｖｅｈｉｃｌｅは車両の重量であり、ｇｒａｖｉｔｙは重力加速度であり、θは車両が走行中の道路の当該車両の進行方向における傾斜角度である。
【数１】
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【数２】
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【数３】
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【発明の効果】
【００１９】
上述のように、本発明の実施形態によれば、車速を設定された目標車速に制御するためにフィードバック制御およびフィードフォワード制御をすべて用いるが、車両が平地道路から傾斜道路へ移行する時、または傾斜道路から平地道路へ移行する時、傾斜道路の傾斜角による走行抵抗値をフィードフォワード制御を通じて直ちに反映することにより、車速のアンダーシュートおよびオーバーシュートなく車速を目標車速に安定して維持することができる。
【００２０】
また、本発明の実施形態によれば、傾斜道路を縦加速度センサ（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｏｒ）を含む縦加速度検出器を通して検出し、傾斜道路における走行抵抗を正確に計算し、これにより、車速制御の応答性および車両の走行性（ｓｍｏｏｔｈｌｙ  ｄｒｉｖｉｎｇ）を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来技術の実施形態にかかる車速自動制御方法で発生するアンダーシュートとオーバーシュートを示すためのグラフである。
【図２】本発明の実施形態にかかる車速自動制御システムの構成図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる車速自動制御方法のフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態にかかる車速自動制御システムおよび方法の動作グラフである。
【図５】本発明の実施形態において車両が傾斜道路の走行時に発生する走行抵抗を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を、添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態にかかる車速自動制御システムのブロック構成図である。
【００２４】
本発明の実施形態にかかる車速自動制御システムは、運転者の助けなしにも車両の走行速度を設定した速度に一定に維持するシステムである。
【００２５】
このような本発明の実施形態にかかる車速自動制御システムは、車両の縦傾きを検出する縦加速度検出器２２０と、車両の速度を検出する車速検出器２１０と、エンジン、変速装置および制動装置を含み、前記車両の走行車速を制御するための制御対象２３０と、前記縦加速度検出器２２０および車速検出器２１０の信号を受信して前記制御対象２３０を制御し、車速を設定された目標車速に制御する車速制御器１００とを含む。
【００２６】
前記車速検出器２１０は、本発明の実施形態では、一例として、ホイールに取り付けられて回転速度を検出する車速センサで形成でき、他の例としては、変速機の最終減速ギヤに取り付けられる車速センサで形成できるが、本発明の保護範囲が必ずしもこれに限定されたものと理解されてはならない。これとは異なる構成であっても、実質的な車速に相応する値の計算を可能にする構成であれば、本発明の技術的思想が適用可能である。
【００２７】
前記縦加速度検出器２２０は、本発明の実施形態では、一例として、ホイールに装着され、車両の縦傾き（縦方向における傾き）を検出する縦加速度センサで形成でき、他の例としては、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ；ａｎｔｉ−ｌｏｃｋ  ｂｒａｋｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）に関連付けられた縦加速度センサで形成できるが、本発明の保護範囲が必ずしもこれに限定されたものと理解されてはならない。これとは異なる構成であっても、実質的な車両の縦傾きに相応する値の計算を可能にする構成であれば、本発明の技術的思想が適用可能である。
【００２８】
前記車速制御器１００は、設定されたプログラムによって動作する１つ以上のマイクロプロセッサであって、前記設定されたプログラムは、後述する本発明の実施形態にかかる車速自動制御方法を実行するための一連の命令から形成できる。
【００２９】
本発明の実施形態では、前記車速制御器１００は、前記車速検出器２１０から出力される車速信号に基づいて車速をフィードバック制御するフィードバック制御器１１０と、車両の走行抵抗を測定する走行抵抗測定器１３０と、前記走行抵抗測定器１３０で測定された走行抵抗値に基づいて車速をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御器１２０とを含む。
【００３０】
前記フィードバック制御器１１０は、比例積分（ＰＩ）制御器で形成できるが、本発明の保護範囲が必ずしもこれに限定されたものと理解されてはならない。これとは異なる構成であっても、実質的なフィードバック制御に相応する制御を可能にする構成であれば、本発明の技術的思想が適用可能である。
【００３１】
前記フィードバック制御器１１０およびフィードフォワード制御器１２０の一般的な制御動作は当業者に自明であるので、より詳細な記載を省略する。
【００３２】
後述する本発明の実施形態にかかる車速自動制御方法において、その一部のプロセスは前記フィードバック制御器１１０によって、他の一部のプロセスは前記フィードフォワード制御器１２０によって、そして、さらに他の一部のプロセッサは前記走行抵抗測定器１３０によって行われるものとすることができる。しかし、本発明の保護範囲が後述する実施形態で説明されるとおりに限定されるものと理解されてはならない。本発明の実施形態における説明とは異なる組み合わせで制御器および／または測定器を実現することができる。あるいは、前記フィードバック制御器１１０と前記フィードフォワード制御器１２０が実施形態で説明されたものとは異なる組み合わせのプロセスを行うものとすることができる。
【００３３】
前記走行抵抗測定器１３０は、車輪の転動（回転）による抵抗を測定する転動抵抗測定器１３２と、走行中に車体の空気抵抗を測定する空気抵抗測定器１３４と、前記縦加速度検出器２２０の出力信号に基づいて傾斜道路の傾斜抵抗を測定する傾斜抵抗測定器１３６とを含む。
【００３４】
前記転動抵抗測定器１３２は、転動抵抗値を下記の公式１の値Ｆｒｏｌｌｉｎｇで計算することができる。
【数４】
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【００３５】
前記空気抵抗測定器１３４は、空気抵抗値を下記の公式２の値Ｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃで計算することができる。
【数５】
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【００３６】
前記傾斜抵抗測定器１３６は、傾斜抵抗値を下記の公式３の値Ｆｃｌｉｍｂｉｎｇで計算することができる。
【数６】
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なお、公式１において、μｔｉｒｅはタイヤ摩擦係数であり、ｍｖｅｈｉｃｌｅは車両の重量であり、ｇｒａｖｉｔｙは重力加速度（ｇ）である。また、公式２において、ρａｉｒは空気密度（ｋｇ／ｍ３）であり、Ｃｄは空気抵抗係数であり、Ａは車両正面面積（ｍ２）であり、ｖは車速である。さらに、公式３において、ｍｖｅｈｉｃｌｅは車両の重量であり、ｇｒａｖｉｔｙは重力加速度（ｇ）であり、θは車両が走行中の道路の当該車両の進行方向における傾斜角度である。
【００３７】
前記縦加速度検出器２２０の出力信号値ｌｏｎｇ＿ａｃｃｅｌ＿ｖａｌとこの出力信号値による傾斜角θは、一例として、車両が、図５に示すように、傾斜角がθの傾斜道路を走行する時に下記の公式によって得られる。下記の公式において、Ｍは車両の重量であり、ａは車両の走行加速度、ｇは重力加速度である。
【数７】
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【００３８】
図２において、車速制御器１００の結合器１５２は、車速検出器２１０によって検出された車速を、運転者または使用者によって設定される目標車速と結合し、フィードバック制御器１１０に入力するための結合器である。
【００３９】
図２において、車速制御器１００の結合器１５４は、フィードバック制御器１１０およびフィードフォワード制御器１２０から出力された制御信号を結合し、制御対象２３０を制御する結合器である。
【００４０】
以下、本発明の実施形態にかかる車速自動制御方法を、添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００４１】
図３は、本発明の実施形態にかかる車速自動制御方法を示すフローチャートである。
【００４２】
本発明の実施形態にかかる車速自動制御方法は、フィードバック制御およびフィードフォワード制御を用いて車速を設定された目標車速に自動制御する方法である。
【００４３】
図３に示すように、車速制御器１００は、車速検出器２１０の出力信号を通して車両の走行車速を検出する（Ｓ１００）。その後、車速制御器１００は、車両の縦傾きを検出する縦加速度検出器２２０の出力信号値ｌｏｎｇ＿ａｃｃｅｌ＿ｖａｌに基づいて走行道路が平地道路なのか傾斜道路なのかを判断する（Ｓ１１０）（Ｓ３２０）。
【００４４】
ステップＳ３２０において、車速制御器１００のフィードフォワード制御器１２０および傾斜抵抗測定器１３６は、前記縦加速度検出器２２０の出力信号値ｌｏｎｇ＿ａｃｃｅｌ＿ｖａｌによる傾斜角θが零（０）度以上の値であれば、走行道路が傾斜道路であると直ちに判断することができるが、本発明の実施形態では、一時的な走行道路の変化を区別するために、前記縦加速度検出器２２０で検出される傾斜角が零（０）度以上を一定時間（例；３秒）以上持続する時、傾斜道路と判断する。
【００４５】
前記車速制御器１００のフィードフォワード制御器１２０および傾斜抵抗測定器１３６は、前記縦加速度検出器２２０で検出される傾斜角が正（＋）の値であれば、傾斜道路が上り坂傾斜であり、負（−）の値であれば、傾斜道路が下り坂傾斜であると判断するが、本発明の保護範囲が必ずしもこれに限定されたものと理解されてはならない。前記傾斜角の値がこれと反対になる値であるか、または異なる値であっても、実質的に上り坂または下り坂の傾斜道路に相応する値であれば、本発明の技術的思想が適用可能である。
【００４６】
ステップＳ１１０における判断の結果、走行道路が平地道路と判断されると、車速制御器１００のフィードバック制御器１１０は、車速検出器２１０から出力される車速信号に基づいて車速関連制御対象２３０をフィードバック速度制御しながら、車速（走行車速）を設定された目標車速に制御する（Ｓ２２０）。
【００４７】
また、フィードフォワード制御器１２０は、走行抵抗測定器１３０で測定された平地道路における走行抵抗値に基づいて車速関連制御対象２３０をフィードフォワード速度制御しながら、車速を設定された目標車速に制御する（Ｓ２３０）。つまり、フィードフォワード制御器１２０は、転動抵抗測定器１３２で測定された転動抵抗値と、空気抵抗測定器１３４で測定された空気抵抗値とに基づいて車速関連制御対象２３０をフィードフォワード制御する。
【００４８】
走行道路が平地道路の場合には、縦加速度検出器２２０で検出される傾斜角が零（０）度であるため、傾斜抵抗測定器１３６で測定される車両の傾斜抵抗値は零（０）となる。したがって、車両が平地道路を走行する時は、車速制御器１００に傾斜抵抗値は反映されない。
【００４９】
ステップＳ３２０において、走行道路が傾斜道路と判断されると、フィードバック制御器１１０は、平地道路の場合と同様に、車速検出器２１０から出力される車速信号に基づいて車速関連制御対象２３０をフィードバック制御する（Ｓ３３０）。
【００５０】
一方、フィードフォワード制御器１２０は、走行抵抗測定器１３０で測定された傾斜道路における走行抵抗値に基づいて車速関連制御対象２３０をフィードフォワード制御しながら、車速を設定された目標車速に制御する（Ｓ３４０）。
【００５１】
走行道路が傾斜道路の場合、図５に示すように、転動抵抗値Ｆｒｏｌｌｉｎｇと空気抵抗値Ｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃは、平地道路を走行する時と異なる。例えば、傾斜道路を走行する場合、前記転動抵抗値は、平地道路の場合よりも大きくなり、前記空気抵抗値は、平地道路の場合よりも小さくなり得る。
【００５２】
また、傾斜道路の走行時、縦加速度検出器２２０によって検出される傾斜角が零（０）でないため、傾斜抵抗測定器１３６で傾斜抵抗値Ｆｃｌｉｍｂｉｎｇが測定されて出力される。
【００５３】
したがって、車両が傾斜道路を走行する時は、縦加速度検出器２２０で検出された傾斜角が反映された前記転動抵抗値、空気抵抗値および傾斜抵抗値が車速制御に反映される。
【００５４】
つまり、傾斜道路の走行時、転動抵抗測定器１３２、空気抵抗測定器１３４および傾斜抵抗測定器１３６は、それぞれ縦加速度検出器２２０によって検出された傾斜角が反映された転動抵抗値、空気抵抗値、傾斜抵抗値を測定し、フィードフォワード制御器１２０に提供する。
【００５５】
前記傾斜角を反映した転動抵抗値、空気抵抗値および傾斜抵抗値がフィードフォワード制御器１２０に提供されると、フィードフォワード制御器１２０は、傾斜角が反映された走行抵抗値に基づいて車速関連制御対象２３０をフィードフォワード制御する。
【００５６】
こうすることで、車速制御器１００は、車速検出器２１０から出力される車速信号に基づいたフィードバック車速制御と、傾斜道路の走行時に傾斜道路の傾斜程度を反映した走行抵抗値に基づいたフィードフォワード車速制御とを通じて実車速が目標車速となるように制御する（Ｓ３５０）。
【００５７】
これにより、本発明の実施形態によれば、図４に示すように、車両が平地道路から傾斜道路へ移行する時、または傾斜道路から平地道路へ移行する時、傾斜道路の傾斜角による走行抵抗値をフィードフォワード制御を通じて直ちに反映することにより、車速のアンダーシュートおよびオーバーシュートなく車速を目標車速に安定して維持することができる。
【００５８】
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されず、本発明の実施形態から当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって容易に変更され、均等と認められる範囲のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００５９】
１００：車速制御器
１１０：フィードバック制御器
１２０：フィードフォワード制御器
１３０：走行抵抗測定器
１３２：転動抵抗測定器
１３４：空気抵抗測定器
１３６：傾斜抵抗測定器
２１０：車速検出器
２２０：縦加速度検出器
【図１】
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【図２】
2014051267.tif 000011
【図３】
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【図４】
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【図５】
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