(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車間距離を検出する車間距離検出手段と、
車間距離検出値に基づいて先行車と自車との相対速度を演算する相対速度演算手段と、
自車速を検出する車速検出手段と、
自車速検出値と相対速度とに基づいて先行車車速を演算する先行車速度演算手段と、
車間距離検出値と目標車間距離との偏差に第１のゲインを乗じた値と、相対速度演算値に第２のゲインを乗じた値と、先行車車速とに基づいて、車間距離検出値を目標車間距離とするための目標車速を演算する車速演算手段と、
車間距離検出値に応じて前記第１のゲインと前記第２のゲインを変更するゲイン変更手段と、
自車速検出値が目標車速となるように車両の制駆動力を制御する車速制御手段とを備え、
前記ゲイン変更手段は、車間距離検出値が長い場合は前記第１のゲインを小さくして前記第２のゲインを大きくし、車間距離検出値が短い場合は前記第１のゲインを大きくして前記第２のゲインを小さくすることを特徴とする先行車追従制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の先行車追従制御装置において、
前記車速制御手段を目標車速に対して自車速が一次遅れとなる線形伝達関数で近似し、車間距離検出値を目標車間距離へ、相対速度演算値を０へそれぞれ収束させる収束特性が任意の特性となるように、前記第１のゲインと前記第２のゲインを設定することを特徴とする先行車追従制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、先行車を認識して一定の車間距離を保ちつつ追従する先行車追従制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自車速Ｖと、車間距離偏差ΔＬと、車速Ｖの関数であるゲインＧVと、車間距離偏差ΔＬの関数であるゲインＧRと、相対速度ΔＶの関数であるゲインＧDとに基づいて、次式により車間距離が目標車間距離を保つような目標車速ＶTを算出し、
【数１】
0003677959.tif 000002
この目標車速ＶTとなるように車速を制御する先行車追従制御装置が知られている（例えば、特開平６−２２７２８０号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の先行車追従制御装置では、各種ゲインＧV、ＧR、ＧDが経験的に設定されるので、あらゆる走行環境に対して最適な応答特性を得ることが難しいという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、あらゆる走行環境に対して最適な応答特性が得られる先行車追従制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）  請求項１の発明は、車間距離を検出する車間距離検出手段と、車間距離検出値に基づいて先行車と自車との相対速度を演算する相対速度演算手段と、自車速を検出する車速検出手段と、自車速検出値と相対速度とに基づいて先行車車速を演算する先行車速度演算手段と、車間距離検出値と目標車間距離との偏差に第１のゲインを乗じた値と、相対速度演算値に第２のゲインを乗じた値と、先行車車速とに基づいて、車間距離検出値を目標車間距離とするための目標車速を演算する車速演算手段と、車間距離検出値に応じて第１のゲインと第２のゲインを変更するゲイン変更手段と、自車速検出値が目標車速となるように車両の制駆動力を制御する車速制御手段とを備え、ゲイン変更手段は、車間距離検出値が長い場合は第１のゲインを小さくして第２のゲインを大きくし、車間距離検出値が短い場合は第１のゲインを大きくして第２のゲインを小さくする。
（２）  請求項２の先行車追従制御装置は、車速制御手段を目標車速に対して自車速が一次遅れとなる線形伝達関数で近似し、車間距離検出値を目標車間距離へ、相対速度演算値を０へそれぞれ収束させる収束特性が任意の特性となるように、第１のゲインと第２のゲインを設定するようにしたものである。
【０００６】
【発明の効果】
（１）  請求項１の発明によれば、車間距離検出値と目標車間距離との偏差に第１ゲインを乗じた値と、相対速度に第２ゲインを乗じた値と、先行車車速とに基づいて、車間距離検出値を目標車間距離とするための目標車速を演算し、自車速検出値が目標車速となるように車両の制駆動力を制御する際に、車間距離検出値が長い場合は第１ゲインを小さくして第２ゲインを大きくし、車間距離検出値が短い場合は第１ゲインを大きくして第２ゲインを小さくするようにしたので、先行車に遠方から接近する場合や、追従制御中に他車に割り込まれた場合など、あらゆる走行環境に対して追従制御の最適な応答特性が得られる。さらに、先行車に遠方から接近する場合には遅い応答特性に設定され、その結果、先行車を捕捉してからすぐに減速を開始してゆっくりと目標車間距離に収束させることができ、車両の減速度が小さく、乗員に与える衝撃も少ない。また、追従中に他車に割り込まれた場合には速い応答特性に設定され、その結果、割り込まれた直後から減速を開始し、先行車に接近し過ぎるようなことがなく、すぐに目標車間距離に収束させることができる。
（２）  請求項２の発明によれば、車速制御手段を目標車速に対して自車速が一次遅れとなる線形伝達関数で近似し、車間距離検出値を目標車間距離へ、相対速度演算値を０へそれぞれ収束させる収束特性が任意の特性となるように、第１ゲインと第２ゲインを設定するようにしたので、意図する収束特性が得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は一実施の形態の構成を示す図である。
車間距離センサーヘッド１は、レーザー光を掃射して先行車からの反射光を受光するレーダー方式のセンサーヘッドである。なお、電波や超音波を利用して車間距離を計測してもよい。車速センサー２は変速機の出力軸に取り付けられ、その回転速度に応じた周期のパルス列を出力する。スロットルアクチュエータ３は、スロットル開度信号に応じてスロットルバルブを開閉し、エンジンの吸入空気量を変えてエンジン出力を調節する。自動変速機４は、車速とスロットル開度に応じて変速比を変える。制動装置６は車両に制動力を発生させる装置である。
【０００８】
追従制御コントローラー５はマイクロコンピュータとその周辺部品を備え、車間距離と車速の検出値に基づいて目標車速を演算し、スロットルアクチュエータ３、自動変速機４および制動装置６を制御する。
【０００９】
追従制御コントローラー５は、マイクロコンピュータのソフトウエア形態により図２に示す制御ブロック１１、２１、５０、５１を構成する。
測距信号処理部１１は、車間距離センサーヘッド１によりレーザー光を掃射してから先行車の反射光を受光するまでの時間を計測し、先行車との車間距離Ｌを演算する。なお、前方に複数の先行車がいる場合は追従すべき先行車を特定して車間距離を演算する。車速信号処理部２１は、車速センサー２からの車速パルスの周期を計測し、自車両の速度Ｖを検出する。
【００１０】
先行車追従制御部５０は、相対速度演算部５０１、車間距離制御部５０２および目標車間距離設定部５０３を備え、車間距離Ｌと自車速Ｖとに基づいて目標車間距離Ｌ*と目標車速Ｖ*を演算する。相対速度演算部５０１は、測距信号処理部１１により検出された車間距離Ｌに基づいて先行車との相対速度ΔＶを演算する。車間距離制御部５０２は、相対速度ΔＶを考慮して車間距離Ｌを目標車間距離Ｌ*に一致させるための目標車速Ｖ*を演算する。目標車間距離設定部５０３は、先行車の車速ＶTまたは自車速Ｖに応じた目標車間距離Ｌ*を設定する。
【００１１】
また、車速制御部５１は、自車速Ｖが目標車速Ｖ*となるようにスロットルアクチュエータ３のスロットル開度と、自動変速機４の変速比と、制動装置６の制動力を制御する。
【００１２】
図３に制御系全体の構成を示す。
まず、車間距離Ｌをその目標値Ｌ*に保ちながら追従走行するための目標車速Ｖ*を演算する。図３に示すように、目標車間距離Ｌ*と車間距離Ｌとの偏差ΔＬにゲインｆdを乗じた値と、相対速度ΔＶにゲインｆvを乗じた値との和により、目標相対速度ΔＶ*を求める。なお、ゲインｆdが上述した第１のゲインに相当し、ゲインｆvが上述した第２のゲインに相当する。
【数２】
0003677959.tif 000003
ゲインｆdとｆvは追従制御性能を決定するパラメーターである。次に、先行車車速ＶTから目標相対速度ΔＶ*を減じて目標車速Ｖ*を求める。
【数３】
0003677959.tif 000004
また、車間距離検出値ＬをバンドパスフィルターB.P.S.を通すことによって相対速度ΔＶを求め、さらに先行車車速ＶTを演算する。
【数４】
0003677959.tif 000005
したがって、目標車速Ｖ*は数式２、数式３および数式４により次のように表される。
【数５】
0003677959.tif 000006
【００１３】
次に、車間距離制御系について説明する。このシステムは車間距離と相対速度の２つの目標値を１つの入力（目標車速）で制御する１入力２出力系であることから、状態フィードバック（レギュレーター）を用いて制御系を設計する。システムの状態変数をｘ1、ｘ2を次式で定義する。
【数６】
0003677959.tif 000007
数式６において、ＶTは先行車の車速、Ｖは自車速である。
【数７】
0003677959.tif 000008
また、制御入力（コントローラーの出力）をＶ*として次式で定義する。
【数８】
0003677959.tif 000009
車間距離Ｌは次式で表される。
【数９】
0003677959.tif 000010
数式９において、Ｌoは車間距離の初期値である。
【００１４】
車速サーボ系は、例えば次式のように目標車速に対して実際の車速が一次遅れとなる線形伝達関数で近似できる。
【数１０】
0003677959.tif 000011
先行車車速ＶT＝一定と仮定すると、数式６、数式８および数式１０により、
【数１１】
0003677959.tif 000012
さらに、目標車間距離Ｌ*＝一定とすると、数式７および数式９により、
【数１２】
0003677959.tif 000013
したがって、システムの状態方程式は次のように記述できる。
【数１３】
0003677959.tif 000014
【００１５】
制御入力ｕを次式で与える。
【数１４】
0003677959.tif 000015
状態フィードバックが施された全体システムの状態方程式は次式で表される。
【数１５】
0003677959.tif 000016
【数１６】
0003677959.tif 000017
したがって、全体システムの特性方程式は次のようになる。
【数１７】
0003677959.tif 000018
上述した車速サーボ系の伝達特性に基づき、車間距離Ｌがその目標値Ｌ*に、相対速度ΔＶが０へそれぞれ収束する特性が設計者の意図する特性となるようにゲインｆd、ｆvを設定する。
【数１８】
0003677959.tif 000019
【数１９】
0003677959.tif 000020
【数２０】
0003677959.tif 000021
【００１６】
状態フィードバックが施された追従制御系は、数式１７で表されるようにその収束特性が二次系で近似される。例えば、車速サーボ系の時定数τv＝０．５ｓとし、極配置法によりシステムの極を▲１▼遅い収束特性の極、▲２▼速い収束特性の極に設定すると、各ゲインｆd、ｆvは数式１９、数式２０からそれぞれ次のように求められる。
▲１▼重根：−０．１（ωn＝０．２、ζ＝１．０）→ｆd＝０．０２、ｆv＝０．８
▲２▼重根：−０．４（ωn＝０．４、ζ＝１．０）→ｆd＝０．０８、ｆv＝０．６
【００１７】
図４、図５は１２０ｍ遠方の先行車に相対速度２０ｋｍ／ｓで接近した場合のシステムのシミュレーション結果を示し、図４が▲１▼のゲイン設定、図５が▲２▼のゲイン設定の場合を示す。これらの図において、（ａ）が自車速Ｖと目標車速Ｖ*を示し、（ｂ）が車間距離Ｌと目標車間距離Ｌ*を示し、（ｃ）が相対速度ΔＶと相対速度推定値ΔＶsを示し、（ｄ）が車両の加減速度を示す。
先行車に接近する場合に、▲１▼の遅い極設定では車間距離が長い時点から制御を開始し、ゆっくりと目標車間距離に収束する。この時の車両の減速度は最大でもおよそ０．５ｍ／ｓｓである。一方、▲２▼の速い極設定では車間距離がある程度縮まってから制御を開始し、速い応答で収束するために車両の減速度はおよそ１ｍ／ｓｓとなり、遅い極の場合よりも大きくなる。
【００１８】
図６、図７は１００ｋｍ／ｈ、車間距離４０ｍで追従中に相対速度１５ｋｍ／ｈの車両に車間距離３０ｍの位置に割り込まれた場合のシステムのシミュレーション結果を示し、図６が▲１▼のゲイン設定、図７が▲２▼のゲイン設定の場合を示す。これらの図において、（ａ）が自車速Ｖと目標車速Ｖ*を示し、（ｂ）が車間距離Ｌと目標車間距離Ｌ*を示し、（ｃ）が相対速度ΔＶと相対速度推定値ΔＶsを示し、（ｄ）が車両の加減速度を示す。
図７に示すように追従走行中に割り込まれた場合に、▲２▼の速い極設定では素早く減速し、最小車間距離がおよそ２５ｍと、割り込み車両への接近も少ない。一方、図６に示すように▲１▼の遅い極設定では、応答がゆっくりしているためにいったん割り込み車両に２０ｍまで接近した後、目標車間距離に収束している。
【００１９】
このように、遠方から接近する場合と、追従中に割り込まれる場合とでは相反する応答特性が要求され、一意に決定した応答特性で両方の応答性を満足させることは困難である。そこで、この実施の形態では制御中の車間距離に注目し、系全体の応答特性が、車間距離が長い時は遅い収束特性、車間距離が短い時は速い収束特性となるように極を設定し、各ゲインｆd、ｆvを決定する。そして、車間距離に応じてゲインｆd、ｆvを変更する。
【００２０】
車間距離に基づくゲインの変更方法について説明する。上述したように、この制御系の応答特性は二次系で近似できるため、例えばωnを車間距離に対して図８に示すように設定する。この例では車間距離が４０ｍ以下の短い場合はωnを０．４として速い応答にし、車間距離が８０ｍ以上の長い場合はωnを０．２として遅い応答にする。また、車間距離が４０ｍから８０ｍの間はゲインの切り替わりをスムーズにするために補間する。このωnをもとに各ゲインを算出すると図９に示すようになる。図９に示すように、車間距離が長い場合は、車間距離偏差ΔＬに乗ずる第１のゲインｆdを小さくし、相対速度ΔＶに乗ずる第２のゲインｆvを大きくする。逆に、車間距離が短い場合は、車間距離偏差ΔＬに乗ずる第１のゲインｆdを大きくし、相対速度ΔＶに乗ずる第２のゲインｆvを小さくする。
【００２１】
図１０は１２０ｍ遠方の先行車に相対速度２０ｋｍ／ｓで接近した場合のこの実施の形態のシミュレーション結果を示し、図１１は１００ｋｍ／ｈ、車間距離４０ｍで追従中に相対速度１５ｋｍ／ｈの車両に車間距離３０ｍの位置に割り込まれた場合のこの実施の形態のシミュレーション結果を示す。これらの図において、（ａ）が自車速Ｖと目標車速Ｖ*を示し、（ｂ）が車間距離Ｌと目標車間距離Ｌ*を示し、（ｃ）が相対速度ΔＶと相対速度推定値ΔＶsを示し、（ｄ）が車両の加減速度を示す。
図１０に示すように、遠方から先行車に接近した場合には、遅い応答特性に設定されているため、先行車を捕捉した後、およそ車間距離７０ｍのところから減速を開始し、ゆっくりと目標車間距離に収束する。当然に車両の減速度は小さく、乗員に与える衝撃も少ない。
また、図１１に示すように、追従中の車間距離が４０ｍであるため、速い応答特性に設定される。したがって、割り込まれた直後から減速を開始し、先行車に接近し過ぎるようなことがなく、すぐに目標車間距離に収束する。
【００２２】
このように、追従中の割り込みなど、車間距離が短い場合は素早く応答させ、遠方の先行車に接近するような場合にはゆっくり応答させることにより、乗員のフィーリングに合った特性が得られる。
【００２３】
上述した実施の形態では、制動装置６による自動ブレーキ制御を有する例を示し、いかなる車速指令値に対しても実車速が追従する、すなわち車両の減速度は理想的に実現できるものとした。しかし、自動ブレーキ制御のない場合には、エンジンブレーキだけで要求減速度を達成できない場合があり、先行車に接近し過ぎるおそれがある。つまり、自動ブレーキ制御のない車両に対しては、従来のようにゲインｆv、ｆdを固定にすることはできず、上述した実施の形態のように車間距離に応じてゲインｆv、ｆdを切り換えることによって常に最適な応答特性が得られる。
【００２４】
なお、上述した実施の形態ではゲインスケジューリングとした例を示したが、車間距離に応じて２段階あるいは数段階にゲインを切り換えるようにしてもよい。
【００２５】
以上の一実施の形態の構成において、車間距離センサー１および測距信号処理部１１が車間距離検出手段を、相対速度演算部５０１が相対速度演算手段を、目標車間距離設定部５０３および車間距離制御部５０２が車速演算手段およびゲイン変更手段を、車速センサー２および車速信号処理部２１が車速検出手段を、車速制御部５１が車速制御手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】一実施の形態の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】一実施の形態の制御系を示す図である。
【図４】１２０ｍ遠方の先行車に相対速度２０ｋｍ／ｓで接近した場合の、遅いゲイン設定によるシステムのシミュレーション結果を示す図である。
【図５】１２０ｍ遠方の先行車に相対速度２０ｋｍ／ｓで接近した場合の、速いゲイン設定によるシステムのシミュレーション結果を示す図である。
【図６】１００ｋｍ／ｈ、車間距離４０ｍで追従中に相対速度１５ｋｍ／ｈの車両に車間距離３０ｍの位置に割り込まれた場合の、遅いゲイン設定のシステムのシミュレーション結果を示す図である。
【図７】１００ｋｍ／ｈ、車間距離４０ｍで追従中に相対速度１５ｋｍ／ｈの車両に車間距離３０ｍの位置に割り込まれた場合の、速いゲイン設定のシステムのシミュレーション結果を示す図である。
【図８】車間距離に対するωnの設定例を示す図である。
【図９】車間距離に対するゲインｆv、ｆdを示す図である。
【図１０】１２０ｍ遠方の先行車に相対速度２０ｋｍ／ｓで接近した場合の、一実施の形態のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】１００ｋｍ／ｈ、車間距離４０ｍで追従中に相対速度１５ｋｍ／ｈの車両に車間距離３０ｍの位置に割り込まれた場合の、一実施の形態のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１  車間距離センサーヘッド
２  車速センサー
３  スロットルアクチュエーター
４  自動変速機
５  追従制御コントローラー
６  制動装置
１１  測距信号処理部
２１  車速信号処理部
５０  先行車追従制御部
５１  車速制御部
５０１  相対速度演算部
５０２  車間距離制御部
５０３  目標車間距離設定部
【図１】
0003677959.tif 000022
【図２】
0003677959.tif 000023
【図３】
0003677959.tif 000024
【図４】
0003677959.tif 000025
【図５】
0003677959.tif 000026
【図６】
0003677959.tif 000027
【図７】
0003677959.tif 000028
【図８】
0003677959.tif 000029
【図９】
0003677959.tif 000030
【図１０】
0003677959.tif 000031
【図１１】
0003677959.tif 000032