(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の走行軌跡に追従させて車両を走行させる自動追従制御方法において、
所定時間後における上記車両の予測移動位置を上記車両の車速およびヨー角速度から算出し、
上記予測移動位置と上記走行軌跡との間に生じる車幅方向の偏差を算出し、
上記車両の車速の上昇に対して低下する特性の可変制御ゲインを上記偏差に適用して、上記偏差が減少するように上記車両の進行方向を制御することを特徴とする自動追従制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の自動追従制御方法において、
上記所定の走行軌跡は、上記車両の先導車の走行軌跡であり、
上記車幅方向の偏差は、上記先導車の上記走行軌跡を絶対固定座標データとして取り込み、該絶対固定座標データとして取り込んだ上記先導車の上記走行軌跡を上記車両の固定座標データに変換し、該変換された上記先導車の上記走行軌跡と上記車両の固定座標における上記予測移動位置とから算出すること
を特徴とする自動追従制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、先導車の走行軌跡、あるいは予め走行車線上に設定された走行軌跡等を追従するように車両を走行させる自動追従制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、輸送の合理化や交通事故の減少等を図るため、高速道路等を利用した自動追従走行システムの研究・開発が進められている。この自動追従走行システムとは、運転者が運転する先導車に無人（あるいは有人）の追従車を自動追従走行させるもので、これにより追従車の運転者を削減したり、居眠り運転等に起因する追突事故等を未然に防ぐことが可能となる。このような自動追従走行システムとして、特開平８−２８２３２６号公報では、自車両（追従車）の現在位置と、所定の走行軌跡、例えば、先導車の走行軌跡との偏差（ずれ）を算出し、この偏差をなくすようにステアリングの操舵量を制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の公報に記載された自動追従走行システムは、偏差に対する制御ゲインが一定であるため、制御ゲインを基準の制御ゲインよりも高めに設定すると、低速走行時には、すみやかに所定の走行軌跡に移行させることができるものの、高速走行時には、所定の走行軌跡に移行する際に自車両（追従車）の挙動が不安定になる問題点が発生する。また、逆に制御ゲインを基準の制御ゲインよりも低めに設定すると、高速走行時において所定の走行軌跡に移行する際に自車両（追従車）の挙動を安定させることはできるが、低速走行時に所定の走行軌跡への移行遅れが問題になる。したがって、低速走行時に好適な高めの制御ゲインを設定した場合と、高速走行時に好適な低めの制御ゲインを設定した場合とでは、相反する問題点が発生してしまい、低速走行時における所定の走行軌跡への移行遅れと、高速走行時における自車両（追従車）の不安定な挙動とを同時に抑制することが困難である。
【０００４】
よって、本発明の目的は、低速走行時における所定の走行軌跡への移行が遅れたり、高速走行時に自車両（追従車）の挙動が不安定になる問題を共に解決する自動追従制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、所定の走行軌跡に追従させて車両を走行させる自動追従制御方法において、所定時間後における上記車両の予測移動位置を上記車両の車速およびヨー角速度から算出し、上記予測移動位置と上記走行軌跡との間に生じる車幅方向の偏差を算出し、上記車両の車速の上昇に対して低下する特性の可変制御ゲインを上記偏差に適用して、上記偏差が減少するように上記車両の進行方向を制御する。したがって、所定時間後に生じると予測される車幅方向の偏差に基づいて、車両進行方向を制御しているので、高速走行時での制御遅れが抑制される。しかも、可変制御ゲインが、車速の上昇に対して低下し、車速の低下に対して上昇するので、低速走行時には可変制御ゲインが高く設定され、高速走行時には可変制御ゲインが低く設定され、常に車速に応じた制御ゲインが得られる。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１記載の自動追従制御方法において、上記所定の走行軌跡は、上記車両の先導車の走行軌跡であり、上記車幅方向の偏差は、上記先導車の上記走行軌跡を絶対固定座標データとして取り込み、該絶対固定座標データとして取り込んだ上記先導車の上記走行軌跡を上記車両の固定座標データに変換し、該変換された上記先導車の上記走行軌跡と上記車両の固定座標における上記予測移動位置とから算出する。したがって、所定時間後に生じると予測される車幅方向の偏差に基づいて、車両進行方向を制御しているので、高速走行時での制御遅れが抑制される。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。図１に自動追従制御方法を実施するためのシステムの概略構成図を示す。同図において、走行路、例えば、高速道路等には、一台の先導車１１が走行しており、この先導車１１に二台の追従車３１，５１が自動追従走行している。先導車１１及び追従車３１，５１には、上空の人工衛星２６から絶対位置情報が電波により送信されている。
【０００８】
先導車１１には、衛星航法システム用アンテナ（以下、ＧＰＳアンテナという）２４と、衛星航法システム用受信機（以下、ＧＰＳ受信機という）２５とが備えられており、ＧＰＳアンテナ２４とＧＰＳ受信機２５により、人工衛星２６から自車両の絶対位置情報を受信し、絶対固定座標（Ｘ−Ｙ座標）（図４参照）における自車両の位置を求める。なお、衛星航法システムは、より高精度の絶対位置情報を得るために、人工衛星２６からの絶対位置情報のほかに緯度及び経度の明確な基地局２７からの絶対位置情報も受信する高精度衛星航法システム（高精度ＧＰＳ）としている。
【０００９】
先導車１１には、ドライバ１２が搭乗しており、ドライバ１２は、走行路形状、外部環境、制限速度等に応じて、ステアリング１３、エンジン１４、トランスミッション１５、ブレーキ１６等の操作を行う。先導車１１には、ＧＰＳ受信機２５、ステアリング１３、エンジン１４、トランスミッション１５、ブレーキ１６からの情報を管理する通信ＥＣＵ２０が備えられている。また、先導車１１には、自車両の走行速度を検出する車速センサ１７と、ヨー角速度を検出するヨーレートセンサ１８とが備えられており、これらが走行軌跡の演算を行うＥＣＵ１９にそれぞれ接続されている。
【００１０】
ＥＣＵ１９は、走行軌跡の演算を行った後、その演算結果を通信ＥＣＵ２０に出力する。通信ＥＣＵ２０は、直後の追従車３１との間で通信を行う前後間通信機２１に接続されており、ＥＣＵ１９からの走行軌跡の演算結果を前後間通信機２１を介して直後の追従車３１に送信する。通信ＥＣＵ２１には、運転席の近傍に配置された表示パネル２２が接続されており、通信ＥＣＵ２１から出力された運転情報をドライバ１２に対して表示する。なお、先導車１１の後端部には、追従車３１からの光線を反射するリフレクタ２３が取り付けられている。
【００１１】
一方、追従車３１には、運転状態をオートモードとマニュアルモードとに切り換える運転モード切換スイッチ４２が備えられており、運転状態がオートモードである場合には、ステアリング１３、エンジン１４、トランスミッション１５、ブレーキ１６等の操作がドライバに代わって制御ＥＣＵ３２によって行われる。運転状態がマニュアルモードである場合には、先導車１１と同様にドライバによる走行が可能となる。
【００１２】
追従車３１には、車両の進行方向を制御するための操舵手段としてのステアリング３３、エンジン３４、トランスミッション３５、ブレーキ３６からの情報を管理する通信ＥＣＵ４０が備えられている。通信ＥＣＵ４０は、直前の先導車１１との間で通信を行う前後間通信機４１ａと、直後の追従車５１との間で通信を行う前後間通信機４１ｂとにそれぞれ接続されている。この通信ＥＣＵ４０には、先導車１１の前後間通信機２１から送信された先導車１１の走行軌跡が前後間通信機４１ａを介して入力される。通信ＥＣＵ４０は、入力された先導車１１の走行軌跡を後述の制御ＥＣＵ３２に出力するとともに、制御ＥＣＵ３２からの自車両の走行軌跡の演算結果を前後間通信機４１ｂを介して直後の追従車５１に送信する。
【００１３】
追従車３１には、先導車１１に設けられているＧＰＳアンテナ２４と同様のＧＰＳアンテナ４４と、先導車１１に設けられているＧＰＳ受信機２５と同様のＧＰＳ受信機４５と、追従車３１の前端部に設けられ、先導車１１との間の車間距離を測定する光学式の車間距離センサ３９と、自車両の走行速度を検出する車速センサ３７と、ヨー角速度を検出するヨーレートセンサ３８とが備えられている。これらのセンサ３７，３８，３９及びＧＰＳ受信機４５は、制御ＥＣＵ３２にそれぞれ接続されている。これらのセンサ３７，３８，３９及びＧＰＳ受信機４５の検出結果は、制御ＥＣＵ３２に出力される。制御ＥＣＵ３２は、各センサ３７，３８，３９及びＧＰＳ受信機４５の検出結果及び受信した先導車１１の走行軌跡に基づいてステアリング３３、エンジン３４、トランスミッション３５、ブレーキ３６等を制御する。なお、追従車５１は追従車３１と同様の構成であるので、その詳細な説明は省略する。
【００１４】
次に、上述した自動追従制御システムによる自動追従制御方法について、図２に示すフローチャートを参照して説明する。
図２に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１では、先導車１１、追従車３１，５１を整列させて、所定のイニシャライズ処理を行う。イニシャライズ終了後、ドライバ１２が先導車１１に搭乗して、ステアリング１３、エンジン１４、トランスミッション１５、ブレーキ１６等の操作を行うことで車両を発進させると、ＥＣＵ１９は、車速センサ１７とヨーレートセンサ１８との検出結果から走行軌跡の演算を行う。一方、通信ＥＣＵ２０は、この走行軌跡を前後間通信機２１を介して追従車３１に送信する。この後、ステップＳ２に進む。
【００１５】
ステップＳ２では、追従車３１において、制御ＥＣＵ３２は、各センサ３７，３８，３９の検出結果及び受信した先導車１１の走行軌跡の読込を行い、ステップＳ３に進む。
【００１６】
ステップＳ３では、運転モード切換スイッチ４２がオートモードであるかどうかを判定する。この判定がＮＯである場合、すなわち、マニュアルモードである場合には、追従車３１がドライバによって走行される、あるいは、走行自体が中止されると判断して、ステップＳ２以降の処理を繰り返す。一方、この判定がＹＥＳである場合、すなわち、オートモードである場合には、追従車３１が制御ＥＣＵ３２によって自動追従走行されると判断して、ステップＳ４に進む。ここで、追従車３１がオートモードであることを、前後間通信機２１，４１ａを介して表示パネル２２に表示してドライバ１２に報知しても良い。
【００１７】
ステップＳ４では、ステップＳ２において読み込んだ各情報に基づいて、自動追従制御を実行する、換言すると、制御ＥＣＵ３２がドライバの代わりにステアリング３３、エンジン３４、トランスミッション３５、ブレーキ３６等を操作して、ステップＳ５，Ｓ６に進む。
【００１８】
ステップＳ５では、自動追従制御に応じて車両前後方向の制御を行う。すなわち、車間距離センサ３９が測定した先導車１１と追従車３１との車間距離が、予め車速に応じた安全車間距離となるように、エンジン３４の出力制御やブレーキ３６の操作制御を行う。
【００１９】
ステップＳ６では、先導車１１の走行軌跡に応じて車幅方向の制御を行う。すなわち、先導車１１の走行軌跡と追従車３１の移動位置とのずれ（偏差）を算出し、これが減少するように、ステアリング３３の操舵制御を行う。
【００２０】
次に、上述のステップＳ６における先導車１１の走行軌跡に応じて車幅方向の制御を行うことについて、図３に示すフローチャート及び図４に示す車幅方向偏差を算出するための説明図を参照して詳細に説明する。
先導車１１のＥＣＵ１９は、車速とヨー角速度とから車両重心点の移動軌跡を所定時間毎に演算し、この演算結果を通信ＥＣＵ２０及び前後間通信機２１によって追従車３１に送信している。図３に示すフローチャートのステップＳ１１において、追従車３１の通信ＥＣＵ４０は、所定時間毎の移動軌跡の演算結果を受信し、制御ＥＣＵ３２がこの移動軌跡を固定座標データとして格納する。ここで、固定座標データとは、図４において、絶対固定座標（Ｘ−Ｙ座標）上の（Ｘ１，Ｙ１）、‥‥‥（Ｘｎ，Ｙｎ）、（Ｘｎ＋１，Ｙｎ＋１）、‥‥‥をいう。
【００２１】
ステップＳ１２では、制御ＥＣＵ３２が、車速センサ３７が検出した追従車３１の車速Ｖと、ヨーレートセンサ３８が検出したヨー角速度γとをそれぞれ読み込み、ステップＳ１３に進む。
【００２２】
ステップＳ１３では、車速に応じた比例制御ゲインｆＰ及び微分制御ゲインｆＤの可変制御ゲインとしての各補正係数αＰ，αＤを図５に示す補正係数特性マップからそれぞれ読み込む。すなわち、ステップＳ１２で読み込んだ追従車３１の車速Ｖに基づいて、両制御ゲインｆＰ，ｆＤの補正係数αＰ，αＤを読み込み、ステップＳ１４に進む。
【００２３】
補正係数特性マップは、予め制御ＥＣＵ３２内に記憶されており、このマップには、比例制御ゲインｆＰ及び微分制御ゲインｆＤの各補正係数αＰ，αＤの特性がそれぞれ設定されている。両制御ゲインｆＰ，ｆＤの補正係数αＰ，αＤの特性は、共に車速の上昇に対して低下する。なお、補正係数特性マップにおいて、横軸に追従車３１の車速（ｋｍ／ｈ）が、縦軸に補正係数がそれぞれ設定されている。また、図中、実線が比例制御ゲインｆＰの補正係数αＰの特性を、破線が微分制御ゲインｆＤの補正係数αＤの特性をそれぞれ示す。
【００２４】
ステップＳ１４では、後述するステップＳ１９のＰＩＤ制御において使用する比例制御ゲインｆＰ及び微分制御ゲインｆＤをそれぞれ算出する。比例制御ゲインｆＰ及び微分制御ゲインｆＤは、ステップＳ１３において得られた補正係数αＰ，αＤに基づいて、下記数式１，２によりそれぞれ算出される。
【００２５】
【数１】
0003581914.tif 000002
【００２６】
【数２】
0003581914.tif 000003
【００２７】
上記数式１，２において、ＫＰは基準比例ゲイン、ＫＤは基準微分ゲインをそれぞれ示す。比例制御ゲインｆＰ及び微分制御ゲインｆＤを算出した後、ステップＳ１５に進む。
【００２８】
一方、ステップＳ１５では、所定時間ｔ後（例えば１秒後）の追従車３１の予測移動位置（Ｘｔ，Ｙｔ）を下記数式３，４によりそれぞれ算出する。なお、図４において、所定時間ｔ後の追従車３１の位置を符号３１ｔで示す。
【００２９】
【数３】
0003581914.tif 000004
【００３０】
【数４】
0003581914.tif 000005
【００３１】
上記数式３，４において、（Ｘｍ，Ｙｍ）は、現在の追従車３１の絶対固定座標（Ｘ−Ｙ座標）上における位置である。θは、現在の追従車３１のヨー角度であり、このヨー角度θは、ヨー角速度γを積分することによって求められる。
【００３２】
ステップＳ１６では、先導車１１の移動軌跡の固定座標データを、所定時間ｔ後における追従車３１の固定座標（Ｘｔ−Ｙｔ座標）に変換する。追従車３１の固定座標とは、追従車３１を原点とした座標であり、この原点に対して先導車１１の走行軌跡を設定し、ステップＳ１７に進む。
【００３３】
ステップＳ１７では、変換した先導車１１の走行軌跡の固定座標データ群からＸ座標がＹｔ軸をまたぐ２点を抽出する。例えば、先導車１１の固定座標データから連続する２点（Ｘｎ，Ｙｎ）、（Ｘｎ＋１，Ｙｎ＋１）のＸ座標同志を乗算して負または０となるものを選択する。そして、この２点（Ｘｎ，Ｙｎ）、（Ｘｎ＋１，Ｙｎ＋１）から直線補間によって所定時間ｔ後の追従車３１の予測移動位置（Ｘｔ，Ｙｔ）に対応する目標移動位置（Ｘｔ，Ｙａ）を求める。
【００３４】
その後、ステップＳ１８において、所定時間ｔ後における追従車３１の予測移動位置（Ｘｔ，Ｙｔ）と、これに対応する目標移動位置（Ｘｔ，Ｙａ）とから、先導車１１の走行軌跡に対する所定時間ｔ後における追従車３１の車幅方向の偏差εを、上記２点のＹｔ軸上の偏差により算出する。偏差εを算出した後、ステップＳ１９に進む。
【００３５】
ステップＳ１９では、ステップＳ１４において算出した比例制御ゲインｆＰ及び微分制御ゲインｆＤ、ステップＳ１８において算出した偏差εに基づいて、周知のＰＩＤ制御によってステアリング３３の操舵量を算出する。すなわち、ステアリング３３の操舵量δを下記数式５により算出する。
【００３６】
【数５】
0003581914.tif 000006
【００３７】
上記数式５において、ｋＩは一定の積分ゲインであり、Ｉ制御成分については車速に対する可変制御ゲインを設定していないが、上記数式５のＩ制御成分を可変制御ゲイン化しても実質的な算出結果は略変化しないので、本実施例では特にＰ制御とＤ制御に可変制御ゲインを適用してステアリング３３の操舵量δを算出している。なお、追従車５１も、追従車３１と同様の制御によって追従車３１に自動追従走行することは勿論である。
【００３８】
このように本実施例の自動追従制御方法では、まず、補正係数特性マップから車速に応じた比例制御ゲインｆＰ及び微分制御ゲインｆＤの各補正係数αＰ，αＤを求め、これらの補正係数αＰ，αＤと基準比例ゲインＫＰ、基準微分ゲインＫＤとから比例制御ゲインｆＰ及び微分制御ゲインｆＤを算出する。次に、所定時間ｔ後の追従車３１の予測移動位置（Ｘｔ，Ｙｔ）を算出するとともに、先導車１１の走行軌跡の固定座標データを、所定時間ｔ後の追従車３１の固定座標（Ｘｔ−Ｙｔ座標）に変換して、先導車１１の走行軌跡における目標移動位置（Ｘｔ，Ｙａ）を算出する。さらに、追従車３１の予測移動位置（Ｘｔ，Ｙｔ）と目標移動位置（Ｘｔ，Ｙａ）とから、両者の偏差ε（ずれ）を算出する。そして、比例制御ゲインｆＰ及び微分制御ゲインｆＤと偏差εとにより、ステアリング３３の操舵量δを算出し、この操舵量δに基づいてステアリング３３を制御して追従車３１の進行方向を制御している。
【００３９】
特に、車速に応じて、比例制御ゲインｆＰ及び微分制御ゲインｆＤの各補正係数αＰ，αＤを求め、比例制御ゲインｆＰ及び微分制御ゲインｆＤを算出して、各制御ゲインｆＰ，ｆＤを車速の上昇に対して低下する特性としているので、低速走行時では、車幅方向の偏差ε及び偏差の変化率ｄε／ｄｔに対する操舵量δが通常の操舵量よりも多めになり、追従車３１は、目標移動位置（Ｘｔ，Ｙａ）に向かってすみやかに移動できる。換言すると、すみやかに先導車１１の走行軌跡上に移行できる。また、高速走行時では、車幅方向の偏差ε及び偏差の変化率ｄε／ｄｔに対する操舵量δが通常の操舵量よりも少なめになり、追従車３１は、目標移動位置（Ｘｔ，Ｙａ）に向かって移動する際に、自車両（追従車）の挙動を安定化できる。換言すると、自車両（追従車）の急激な姿勢変化を抑えつつ、先導車１１の走行軌跡に移行できる。
【００４０】
したがって、車速に応じた制御ゲインによって、低速走行時における目標移動位置（Ｘｔ，Ｙａ）への移動遅れや、高速走行時における追従車３１の不安定な挙動を発生させることなく、追従車３１を先導車１１の走行軌跡に沿って追従走行させることができる。また、所定時間ｔ後に生じると予測される車幅方向の偏差に基づいて、車両進行方向を制御しているので、高速走行時での制御遅れが抑制され、追従走行精度の悪化を防止できる。
【００４１】
上述した実施例では、一台の先導車１１に二台の追従車３１，５１を自動追従走行させていたが、理論的には、追従車の台数は限りなく増加させることが可能である。また、追従車３１は先導車１１を、追従車５１は追従車３１をそれぞれ追従走行していたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、追従車を予め設定された走行軌跡に追従させる場合にも適用することができる。また、車幅方向の偏差に対する制御方法として、ＰＩＤ制御に換えてＰＩ制御、ＰＤ制御、Ｐ制御等を使用するものとしても良いし、ＰＩＤ制御のＩ制御成分も可変制御ゲイン化しても良い。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１の発明によれば、所定時間後に生じると予測される車幅方向の偏差に基づいて、車両進行方向を制御しているので、高速走行時での制御遅れが抑制される。しかも、車速の上昇に対して低下する特性の可変制御ゲインを車幅方向の偏差に適用して偏差が減少するように車両の操舵手段を制御するので、低速走行時では、すみやかに所定の走行軌跡に移行でき、また、高速走行時では、所定の走行軌跡に移行する際に、自車両（追従車）の挙動が不安定になることを抑制できる。したがって、低速走行時における所定の走行軌跡への移動が遅れたり、高速走行時に自車両（追従車）の挙動が不安定になる問題を共に解決することができる。
【００４３】
請求項２の発明によれば、所定時間後における車両の予測移動位置を算出し、この予測移動位置と走行軌跡とから車幅方向の偏差を算出しているので、所定時間後に生じると予測される車幅方向の偏差に基づいて、車両進行方向を制御しているので、高速走行時での制御遅れが抑制され、追従走行精度の悪化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動追従制御方法を実施するための自動追従制御システムの概略構成図である。
【図２】自動追従制御方法の制御内容を示すフローチャートである。
【図３】自動追従制御における車幅方向の制御内容を示すフローチャートである。
【図４】先導車に対する追従車の車幅方向偏差の算出方法を説明するための概略図である。
【図５】追従車の車速に対する補正係数の特性を示す補正係数特性マップである。
【符号の説明】
１１          先導車
１２          ドライバ
１３，３３    ステアリング
１４，３４    エンジン
１５，３５    トランスミッション
１６，３６    ブレーキ
１７，３７    車速センサ
１８，３８    ヨーレートセンサ
１９          ＥＣＵ
２０，４０    通信ＥＣＵ
２１，４１ａ，４１ｂ  前後間通信機
２５，４５    衛星航法システム用受信機
３１，５１    追従車
３２          制御ＥＣＵ
３９          車間距離センサ
（Ｘ１，Ｙ１）‥‥（Ｘｎ，Ｙｎ）‥‥  移動軌跡（走行軌跡）
ε            偏差
αＰ，αＤ      補正係数（可変制御ゲイン）
ｔ            所定時間
（Ｘｔ，Ｙｔ）  予測移動位置
（Ｘｔ，Ｙａ）  目標移動位置
【図１】
0003581914.tif 000007
【図２】
0003581914.tif 000008
【図３】
0003581914.tif 000009
【図４】
0003581914.tif 000010
【図５】
0003581914.tif 000011