(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め決められた走行パターンを示すテーブル車速にしたがって車両を自動運転するとともに、所定の速度増加を示す事前加速制御目標車速にしたがって変速開始一定時間前から事前加速を行う一方、所定の速度増加を示す事後加速制御目標車速にしたがって変速終了後の一定時間事後加速を行う車両自動運転装置において、前記事前加速が、前記事前加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事前加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に増加させる一方、前記事後加速が、前記事後加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事後加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に減少させることを特徴とする車両自動運転装置。
【請求項２】
予め決められた走行パターンを示すテーブル車速にしたがって車両を自動運転するとともに、所定の速度増加を示す事前加速制御目標車速にしたがって変速開始一定時間前から事前加速を行う一方、所定の速度増加を示す事後加速制御目標車速にしたがって変速終了後の一定時間事後加速を行う車両自動運転装置の制御方法において、前記事前加速が、前記事前加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事前加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に増加させる一方、前記事後加速が、前記事後加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事後加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に減少させることを特徴とする車両自動運転装置の制御方法。
【請求項３】
予め決められた走行パターンを示すテーブル車速にしたがってエンジンを自動運転するとともに、所定の速度増加を示す事前加速制御目標車速にしたがって変速開始一定時間前から事前加速を行う一方、所定の速度増加を示す事後加速制御目標車速にしたがって変速終了後の一定時間事後加速を行うエンジン自動運転装置において、前記事前加速が、前記事前加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事前加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に増加させる一方、前記事後加速が、前記事後加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事後加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に減少させることを特徴とするエンジン自動運転装置。
【請求項４】
予め決められた走行パターンを示すテーブル車速にしたがってエンジンを自動運転するとともに、所定の速度増加を示す事前加速制御目標車速にしたがって変速開始一定時間前から事前加速を行う一方、所定の速度増加を示す事後加速制御目標車速にしたがって変速終了後の一定時間事後加速を行うエンジン自動運転装置の制御方法において、前記事前加速が、前記事前加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事前加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に増加させる一方、前記事後加速が、前記事後加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事後加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に減少させることを特徴とするエンジン自動運転装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両を走行パターンにしたがって自動運転する車両自動運転装置およびその制御方法並びにエンジンを走行パターンにしたがって自動運転するエンジン自動運転装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車の動的な走行性能試験のため、シャシダイナモメータによって実車走行シミュレート運転が行われており、近時、この実車走行シミュレート運転に、ＤＣモータまたはＡＣモータなどによって複数のアクチュエータを個々に駆動し、このアクチュエータによってアクセルペダル、ブレーキペダル、クラッチペダルなどの踏込み操作や、シフトレバーの切換えを行うようにした車両自動運転装置が用いられるようになってきている。
【０００３】
ところで、上記実車走行シミュレート運転では、予め決められた走行パターンで自動車を走行させる必要があるが、実車速とテーブル車速（走行目標車速ともいう）との偏差がどうしても大きくなり、その偏差を直接フィードバックすると、アクセルペダルを急激に踏み込んだり、戻したりするため、速度が大きく変動してぎくしゃくした運転となり、燃費や排気ガスの測定などの試験に悪影響が及ぼされ、人間の運転による実車走行シミュレート運転における走行性能試験の結果と異なることがあった。
【０００４】
上述のような課題を解決する手法として、例えば特公平６−２５７１０号公報に記載されるものがある。この手法においては、変速時に発生する実車速の落ち込み量を事前に求め、図５（Ａ）において仮想線５１，５２で示すように、実際走行時には、例えば変速開始直前のテーブル車速に速度落ち込み量の１／２を加えた目標車速を設定し、変速開始時点Ｂの一定時間前Ａから一次関数的に上昇させるようにして、変速直後の実車速の変動を抑えるようにしていた。図中の符号ｂは、変速開始時の目標車速を示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の手法においては、実車速の変動を抑えることができるものの、加速度の変化が、図５（Ｂ）において仮想線５１，５２で示すように一定であるため、変速前の速度の持ち上げを開始する時点（図中の符号Ａで示す時点）と、変速後の速度持ち上げを終了する時点（図中の符号Ｄで示す時点）で、それぞれ加速度が不連続に変化するため、これらの時点Ａ，Ｄにおいてアクセルペダルがステップ的に踏み込まれるため、このアクセル操作が燃費や排ガスに悪影響を及ぼすことがあった。
【０００６】
ところで、近年、前記走行性能試験をエンジンのみを用いて行うようにしたエンジン自動運転装置が用いられるようになってきている。このエンジン自動運転装置は、エンジンダイナモ上でエンジンを走行パターンにしたがって自動運転させるもので、このようなエンジン自動運転装置においても、前記課題は同様に生じているところである。
【０００７】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、変速操作に伴う変速前後において良好に車速を追従させることができるとともにアクセル操作をスムーズに行うことができ、各種モード運転においてその全走行時間にわたって実車速とテーブル車速との偏差を可及的に少なくし、さらに、加速度の不連続に伴う排ガス測定への悪影響を防止することのできる車両自動運転装置およびその制御方法並びにエンジン自動運転装置およびその制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、予め決められた走行パターンを示すテーブル車速にしたがって車両を自動運転するとともに、所定の速度増加を示す事前加速制御目標車速にしたがって変速開始一定時間前から事前加速を行う一方、所定の速度増加を示す事後加速制御目標車速にしたがって変速終了後の一定時間事後加速を行う車両自動運転装置において、前記事前加速が、前記事前加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事前加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に増加させる一方、前記事後加速が、前記事後加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事後加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に減少させるようにしている。
【０００９】
そして、請求項２に記載の発明では、予め決められた走行パターンを示すテーブル車速にしたがって車両を自動運転するとともに、所定の速度増加を示す事前加速制御目標車速にしたがって変速開始一定時間前から事前加速を行う一方、所定の速度増加を示す事後加速制御目標車速にしたがって変速終了後の一定時間事後加速を行う車両自動運転装置の制御方法において、前記事前加速が、前記事前加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事前加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に増加させる一方、前記事後加速が、前記事後加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事後加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に減少させるようにしている。
【００１０】
上記車両自動運転装置およびその制御方法によれば、変速時においてアクセル操作を急激に行うことなく運転することができるので、燃費や排ガスに悪影響を及ぼすことなく、走行パターンに沿ったスムーズな運転を行うことができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明では、予め決められた走行パターンを示すテーブル車速にしたがってエンジンを自動運転するとともに、所定の速度増加を示す事前加速制御目標車速にしたがって変速開始一定時間前から事前加速を行う一方、所定の速度増加を示す事後加速制御目標車速にしたがって変速終了後の一定時間事後加速を行うエンジン自動運転装置において、前記事前加速が、前記事前加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事前加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に増加させる一方、前記事後加速が、前記事後加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事後加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に減少させるようにしている。
【００１２】
さらに、請求項４に記載の発明では、予め決められた走行パターンを示すテーブル車速にしたがってエンジンを自動運転するとともに、所定の速度増加を示す事前加速制御目標車速にしたがって変速開始一定時間前から事前加速を行う一方、所定の速度増加を示す事後加速制御目標車速にしたがって変速終了後の一定時間事後加速を行うエンジン自動運転装置の制御方法において、前記事前加速が、前記事前加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事前加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に増加させる一方、前記事後加速が、前記事後加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事後加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に減少させるようにしている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。まず、図１〜図３は、この発明の車両自動運転装置の構成の一例を概略的に示す図である。これらの図において、１は走行性能試験に供される自動車で、その駆動輪２をシャシダイナモメータ３のローラ４上に当接載置した状態で配置されている。
【００１４】
５は前記自動車１の運転席６に人間が座るときと同じようにして座席シートに適宜の手段で固定されるメカユニット（運転ロボットともいう）で、このメカユニット５には、図２および図３に示すように、アクセルペダル７、ブレーキペダル８、クラッチペダル９をそれぞれ踏込み操作するためのペダル用アクチュエータ１０〜１２、シフトレバー１３の頭部を把持して切換え操作するためのシフトレバー用アクチュエータ１４とが設けられているとともに、図示してないが、ペダル用アクチュエータ１０〜１２をそれぞれ個別に駆動するＤＣサーボモータ、シフトレバー用アクチュエータ１４をＸ軸、Ｙ軸方向にそれぞれ個別に駆動するＤＣサーボモータ、これらのモータ（この場合、合計５個）にそれぞれ付随する伝達機構などが設けてある。また、各ペダル用アクチュエータ１０〜１２には、近接スイッチおよび位置検出のためのエンコーダが設けられている。なお、図２において、１５はハンドルである。
【００１５】
１６は車両自動運転装置、シャシダイナモメータ３およびメカユニット５を制御する制御部で、コントロールユニット１７、ドライバユニット１８および電源部１９からなる。この実施の形態においては、制御部１６からの指令によってメカユニット５を動作させ、後述する事前加速および事後加速を行う。２０はパソコンで、種々の入力を行うことができるとともに、その表示部に、車速、エンジン回転数、車両データ、速度テーブル、シフトパターンなどを表示する。
【００１６】
上記構成の車両自動運転装置によって自動車１の走行性能試験を行うに先立って、位置学習と学習運転を行い、車両自動運転装置に必要な事項を学習（記憶）させる。
【００１７】
まず、位置学習によってペダル用アクチュエータ１０〜１２がそれぞれアクセルペダル７、ブレーキペダル８、クラッチペダル９に触れ始める踏み込み開始位置と、アクセルペダル７およびクラッチペダル９を最大に踏み込む最大踏み込み位置を自動学習する。そして、シフトレバー用アクチュエータ１４をＸ軸、Ｙ軸方向に操作し、各変速位置を車両データに設定したシフトパターンにしたがって自動学習する。
【００１８】
前記位置学習が終了すると、学習運転に移行し、ブレーキペダル８の最大踏み込み量およびクラッチオフ状態におけるアクセルペダル７の踏み込み量とエンジン回転数との関係を学習する。そして、クラッチペダル９においては、クラッチの接続関係位置を学習した後、走行性能マップを求めるため、アクセルペダル７を一定量踏み込んだときに発生する速度と加速度との関係を各変速位置ごとに数カ所のアクセル踏み込み量にて求める。また、各変速位置に変速する際、変速に要する時間（変速時間）とこの変速時間内における自動車１の速度の落ち込み量とを測定し、これらの関係を各ギヤチェンジ毎に車両自動運転装置に記憶させる。さらに、変速後に、車速とそのときのエンジン回転数を読み取り、各変速位置でのギア比を求める。
【００１９】
次に、上記車両自動運転装置の制御方法について、図４および図５を参照しながら説明する。図４に示すように、変速操作の前後に事前加速および事後加速を行うようにしている。そして、加速度の不連続に伴う急激なアクセル操作による排ガス等への悪影響を防止しつつ、実車速をテーブル車速に可及的に追従させるため、所定の速度増加を示す事前加速制御目標車速にしたがって変速開始一定時間前から行われる事前加速において、前記事前加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事前加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に増加させる一方、所定の速度増加を示す事後加速制御目標車速にしたがって変速終了後の一定時間行われる事後加速において、前記事後加速が、前記事後加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事後加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に減少させるようにしている。
【００２０】
図５（Ａ）は、前記事前加速および事後加速におけるテーブル車速２１に対する事前加速制御目標車速２２および事後加速制御目標車速２３の変化を示すものであり、同図（Ｂ）は、事前加速および事後加速における加速度の変化２４，２５を示すものである。そして、これらの図中の符号ＡからＢが事前加速領域、符号ＣからＤが事後加速領域を示している。また、符号ＢからＣが変速が行われる時間を表している。
【００２１】
まず、事前加速においては、変速中の実車速の落ち込みを軽減するため、変速開始時点Ｂの速度増加量を設定する。ここで、速度増加量は、例えば前記学習運転中に得られた変速中の速度落ち込み量（変速直後の実車速から変速直前のテーブル車速を引いたもの）やテーブル車速に基づいて求められる。この速度増加量の算出は、変速中の実車速の落ち込み加減を考慮し、ある程度任意に設定することができる。この実施の形態では、テーブル車速に基づいて下記（１）式により設定される。
変速開始時点Ｂの速度増加量
＝（変速終了時点のテーブル車速−変速開始時点のテーブル車速）／２      ……（１）
そして、前記速度増加量を変速開始時点のテーブル車速に加えたものを変速開始時の目標車速とする。
【００２２】
次に、実車速を、変速開始時Ｂにおいて前記目標車速と一致させるため、事前加速領域内の制御目標車速（事前加速制御目標車速）を設定する。この場合、事前加速開始時Ａに加速度の急激な変化を避けるため、事前加速制御目標車速は、事前加速開始時Ａのテーブル車速から変速開始時Ｃの目標車速まで、図５（Ａ）において符号２２で示す曲線のように、
速度＝（係数）×（時間）2                               ……（２）
の二次式で変化させるものとする。すなわち、速度を時間の二次式で定義する。
【００２３】
したがって、加速度は、前記速度を時間で微分することにより、
加速度＝２×（係数）×（時間）                          ……（３）
となり、実際には、加速度α（ｔ）は、事前加速時間をｔとすると、
α（ｔ）＝｛２／（事前加速時間）｝×（変速開始時の速度増加量）×ｔ  ……（４）
で求められる。
【００２４】
これにより、事前加速中は、図５（Ｂ）において、符号２４で示す直線のように、加速度が一次関数的に増加する。
【００２５】
そして、変速終了時には、実車速がテーブル車速より低くなり、その速度偏差を無くそうとしてアクセル操作を急激に行うと、排ガス量に悪影響が及ぼされる。そこで、この対策として、事後加速においては、事後加速制御目標車速２３を、変速終了時の実車速を初期値として、変速終了事後加速一定期間、すなわち、事後加速時間経過後にテーブル車速となるように設定するのである。
【００２６】
つまり、事後加速終了時に、加速度の急激な変化を避けるため、事後加速制御目標車速は、変速終了時の実車速から事後加速終了時点Ｄのテーブル車速まで、図５（Ａ）において符号２３で示す曲線のように、
速度＝（係数）×（時間）2                               ……（５）
の二次式で変化させるものとする。すなわち、速度を時間の二次式で定義する。
【００２７】
したがって、加速度は、前記速度を時間で微分することにより、
加速度＝２×（係数）×（時間）                          ……（６）
となり、  実際には、加速度α（ｔ）は、事前加速時間をｔとすると、
α（ｔ）＝２×（変速終了時の速度偏差）×
〔（１／（事後加速時間）−｛１／（事後加速時間）2 ｝×ｔ〕……（７）
となる。
【００２８】
これにより、事後加速中は、図５（Ｂ）において、符号２５で示す直線のように、加速度が時間との関係で一次関数的に減少する。
【００２９】
なお、上記事前加速時間および事後加速時間は、予め、速度制御ファイルで定義されており、可変となっている。
【００３０】
上述のように、この発明では、予め決められた走行パターンを示すテーブル車速にしたがって車両を自動運転するとともに、所定の速度増加を示す事前加速制御目標車速にしたがって変速開始一定時間前から事前加速を行う一方、所定の速度増加を示す事後加速制御目標車速にしたがって変速終了後の一定時間事後加速を行う車両自動運転装置（または、車両自動運転装置の制御方法）において、前記事前加速が、前記事前加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事前加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に増加させる一方、前記事後加速が、前記事後加速制御目標車速を時間との関数で二次関数的に増加させることにより、その事後加速時の加速度を時間との関数で一次関数的に減少させるようにしているので、従来の車両自動運転装置（または、車両自動運転装置の制御方法）においては、図５（Ｂ）に示す仮想線５１，５２で示すように、加速度が事前加速開始時点Ａと事後加速終了時点Ｄにおいてが不連続に変化していたが、この発明の制御方法においては、加速度が図５（Ｂ）において符号２４，２５で示すように一次関数的に変化するので、前記時点Ａ，Ｄにおいて加速度が連続的に変化する。したがって、変速時においてアクセル操作を急激に行う必要がなく、排ガス等への悪影響を防止することができるとともに、実車速の本来の走行目標車速に対する偏差も可及的に小さくなるので、所定の走行パターンに沿ったスムーズな運転が行え、したがって、人間の運転による実車走行シミュレート運転における走行性能試験の結果と同様の結果が得られる。
【００３１】
上記車両自動運転装置（または、車両自動運転装置の制御方法）の考え方は、エンジン自動運転装置およびその制御方法にも同様に適用することができる。以下、図６および図７を参照しながら、この発明のエンジン自動運転装置の制御方法を説明する。
【００３２】
まず、図６は、この発明の制御方法が適用されるエンジン自動運転装置の全体構成を概略的に示すもので、この図において、３１は試験対象のエンジン、３２はダイナモメータで、両者３１，３２は、その出力軸３１ａと駆動軸３２ａとがクラッチ３３を介して接続・分離自在に結合されている。３４はクラッチ３３を駆動するクラッチアクチュエータである。そして、３５は供試エンジン３１のスロットルで、スロットルアクチュエータ３６によって駆動され、その開度が制御される。また、３７はダイナモメータ３２の駆動軸３２ａに設けられたトルクセンサで、３８はトルクセンサ３７の出力アンプである。
【００３３】
３９は前記ダイナモメータ３２、クラッチアクチュエータ３４およびスロットルアクチュエータ３６を制御する制御部で、コントロールユニット４０、ドライバユニット４１および電源部４２からなる。この実施の形態においては、制御部３９からの指令によってスロットルアクチュエータ３６を動作させ、前記事前加速および事後加速を行う。４３はパソコンで、種々の入力を行うことができるとともに、表示部を備えている。
【００３４】
次に、上記構成のエンジン自動運転装置によって、エンジン３１を走行パターンにしたがって走行させつつシフトさせる制御方法について説明する。まず、前記車両自動運転装置における場合と同様にして、ギヤチェンジを行うとき要する時間（変速時間）とこの変速時間内におけるエンジン２の速度の落ち込み量とを測定し、これらの関係を各ギヤチェンジ毎にエンジン自動運転装置に記憶させる。
【００３５】
その後、上記車両自動運転装置における場合と同様にして、変速を行う前および変速を行った後においてそれぞれ事前加速および事後加速を行うようにするのである。図７は、エンジン自動運転装置の制御方法における変速を行う前および変速を行った後においてそれぞれ事前加速および事後加速を行う場合の制御手順の一例を示すものである。この図７に示す手順は、変速直後の速度を推定している部分を除いて、前記図４に示した車両自動運転装置の制御方法における場合と変わるところがない。なお、このエンジン自動運転装置の制御方法においても、変速直後の推定車速ではなく、実車速を初期値として事後加速制御目標車速を設定することも可能である。
【００３６】
このエンジン自動運転装置およびその制御方法においても、前記車両自動運転装置およびその制御方法における場合と同様の効果を奏する。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、変速時においてアクセル操作を急激に行う必要がなく、燃費や排ガスに悪影響が及ぼされることがないとともに、実車速の本来の走行目標車速に対する偏差が可及的に小さくなるので、所定の走行パターンに沿ったスムーズな運転が行え、したがって、人間の運転による実車走行シミュレート運転における走行性能試験の結果と同様の結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の制御方法が適用される車両自動運転装置の全体構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】前記車両自動運転装置のメカユニットの構成を概略的に示す側面図である。
【図３】前記メカユニットの構成を概略的に示す平面図である。
【図４】前記制御方法の変速前後における速度制御手順の一例を示す図である。
【図５】（Ａ）はこの発明の制御方法による事前加速および事後加速におけるテーブル車速に対する制御目標車速の変化を説明するための図であり、（Ｂ）はこの発明の制御方法による事前加速および事後加速における加速度の変化を説明するための図である。
【図６】この発明の制御方法が適用されるエンジン自動運転装置の全体構成の一例を概略的に示す図である。
【図７】前記制御方法の変速前後における速度制御手順の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…車両、２１…テーブル車速、２２…事前加速制御目標車速、２３…事後加速制御目標車速、２４…事前加速時の加速度、２５…事後加速時の加速度、３１…エンジン、Ａ…事前加速開始時点、Ｂ…変速開始時点（事前加速終了時点）、Ｃ…変速終了時点（事後加速開始時点）、Ｄ…事後加速終了時点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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