(57)【要約】【課題】ドライバが満足できる車間距離制御を実現した車間距離制御装置を提供する。【解決手段】車間距離、相対速度および自車の速度を受けて車速指令を演算し、車速を制御する車速制御部に入力することで自車の速度を車速指令に一致させて先行車との車間距離を制御する車間距離制御装置であって、目標車間距離を設定する目標車間距離設定部と、車間距離の初期値から目標車間距離に収束するまでの車間距離の時間履歴を定義する目標軌道を生成する目標軌道生成部、車間距離、目標車間距離および相対速度に基づいて目標軌道生成部の応答特性を決定する目標軌道設計部、目標軌道生成部の応答特性の伝達関数、車速制御部の応答特性の逆伝達関数を用いて、目標車間距離に基づいてフィードフォワード車速指令を演算する軌道追従フィードフォワード制御部、自車の速度、相対速度、フィードフォワード車速指令に基づいて車速指令を生成する車速指令演算部を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先行車との車間距離、前記先行車との相対速度および自車の速度を受けて車速指令を演算し、車速を制御する車速制御部に入力することで前記自車の速度を前記車速指令に一致させて前記先行車との車間距離を制御する車間距離制御装置であって、
前記先行車との目標車間距離を設定する目標車間距離設定部と、
車間距離の初期値から前記目標車間距離に収束するまでの前記車間距離の時間履歴を定義する目標軌道を生成する目標軌道生成部と、
前記車間距離、前記目標車間距離および前記相対速度に基づいて前記目標軌道生成部の応答特性を決定する目標軌道設計部と、
前記目標軌道生成部の応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の逆伝達関数を用いて、前記目標車間距離に基づいてフィードフォワード車速指令を演算する軌道追従フィードフォワード制御部と、
前記自車の速度、前記相対速度および前記フィードフォワード車速指令に基づいて前記車速指令を生成する車速指令演算部と、を備える車間距離制御装置。
【請求項２】
前記目標軌道生成部は、
２つの移動平均フィルタを連続させた２段移動平均フィルタを有し、
前記目標軌道設計部は、
前記車間距離が前記目標車間距離に収束し、前記相対速度が目標値に収束するまでの追従過程における前半の加速度の平均値が、設定した加速度設計値となるように前記目標軌道生成部の前記２段移動平均フィルタの時定数を決定する、請求項１記載の車間距離制御装置。
【請求項３】
前記目標軌道生成部は、
２つの移動平均フィルタを連続させた２段移動平均フィルタを有し、
前記目標軌道設計部は、前記車間距離が前記目標車間距離に収束し、前記相対速度が目標値に収束するまでの追従過程における前記車間距離の最小値で定義される最接近距離が、設定した最接近距離設計値となるように前記目標軌道生成部の前記２段移動平均フィルタの時定数を決定する、請求項１記載の車間距離制御装置。
【請求項４】
前記目標軌道設計部は、
前記車間距離、前記目標車間距離および前記相対速度によって定義される前記先行車の追従条件に基づいて、複数の加速度設計値および複数の最接近距離設計値を設定し、
前記複数の加速度設計値のそれぞれは、追従過程における前半の加速度の平均値を規定し、
前記複数の最接近距離設計値のそれぞれは、追従過程における前記車間距離の最小値で定義される最接近距離を規定し、
前記複数の加速度設計値および前記複数の最接近距離設計値から、追従過程における最接近距離を大きくし、減速度の大きさを小さくするような加速度設計値および最接近距離設計値を選択することで、前記目標軌道生成部の応答特性を決定する、請求項１記載の車間距離制御装置。
【請求項５】
先行車との車間距離、前記先行車との相対速度および自車の速度を受けて車速指令を演算し、車速を制御する車速制御部に入力することで前記自車の速度を前記車速指令に一致させて前記先行車との車間距離を制御する車間距離制御装置であって、
前記先行車との目標車間距離を設定する目標車間距離設定部と、
車間距離の初期値から前記目標車間距離に収束するまでの前記車間距離の時間履歴を定義する目標軌道を生成する目標軌道生成部と、
前記車間距離、前記目標車間距離および前記相対速度に基づいて前記目標軌道生成部の応答特性を決定する目標軌道設計部と、
前記目標車間距離に基づいてフィードフォワード車速指令を演算する軌道追従フィードフォワード制御部と、
前記目標車間距離に基づいて軌道修正フィードフォワード車速指令を演算する軌道修正フィードフォワード制御部と、
前記自車の速度、前記相対速度、前記フィードフォワード車速指令および軌道修正フィードフォワード車速指令に基づいて前記車速指令を生成する車速指令演算部と、を備え、
前記目標軌道生成部は、
車間距離の初期値から前記目標車間距離に収束し、前記相対速度が初期値から目標値に収束するまでの応答時間に対応する第１の応答特性と、
追従過程における前記目標車間距離の変動に対する応答特性を示す第２の応答特性と、を有し、
前記軌道追従フィードフォワード制御部は、
前記目標軌道生成部の前記第１の応答特性の第１の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の逆伝達関数を用いて、前記目標車間距離を入力として前記フィードフォワード車速指令を演算し、
前記軌道修正フィードフォワード制御部は、
前記目標軌道生成部の第２の応答特性の第２の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の逆伝達関数を用いて、前記目標車間距離を入力として前記軌道修正フィードフォワード車速指令を演算する、車間距離制御装置。
【請求項６】
前記目標軌道生成部で生成された前記目標軌道と、前記車間距離との偏差にゲインを乗じたフィードフォワード車速指令を演算する軌道追従フィードバック制御部をさらに備え、
前記車速指令に前記フィードフォワード車速指令を加えることで前記車速指令を補正する、請求項１または請求項５記載の車間距離制御装置。
【請求項７】
前記ゲインは、
比例微分制御のゲイン、比例制御のゲインおよび微分制御のゲインの何れかである、請求項６記載の車間距離制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自車と先行車との車間距離を制御する車間距離制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車間距離制御装置には、あらゆる走行状況に応じてドライバのフィーリングに合った適切な応答特性が求められる。例えば、特許文献１では、フィルタにより車間距離が車間距離目標値に収束するまでの車間距離の時間的推移を定義し、フィードバック制御およびフィードフォワード制御により車間距離を制御する技術が提案されている。特許文献１では、目標車間偏差（車間距離検出値と目標車間距離との差）および相対速度検出値に応じて車間距離制御系の応答特性（フィルタの周波数および減衰係数）を設定することで、ドライバの操作特性を模擬した車間距離制御が実現できるとしている。
【０００３】
特許文献１（以後、先行例と呼称）では、車間距離制御系の応答特性を目標車間偏差と相対速度を入力とした２次元マップにより定義する。そのため、車間距離偏差（目標車間距離に対する相対値）に依存した設計となり、最接近距離（車間距離の絶対値）を考慮した応答特性を設計することができない。この場合、目標車間距離が大きい場合において車間距離に余裕があるにも関わらず強く減速して目標車間距離に収束する、または目標車間距離が小さい場合において車間距離に余裕がないにも関わらず緩やかに減速して先行車に接近し過ぎる、などのドライバに違和感を与える動作が発生する場合がある。
【０００４】
また、先行例では車間距離偏差と相対速度に基づいて応答特性を決定するため、追従開始時の応答特性と、追従終了時、すなわち車間距離および自車の速度が、目標車間距離および先行車の速度に収束した状態の応答特性とが異なる。そのため、車間距離制御系の応答特性に基づくフィードフォワード制御のみでは、フィルタによって定義された車間距離の時間的推移に、車間距離が一致するように制御することができない。この車間距離の時間的推移と一致するように制御するためには車間距離および相対速度のフィードバック制御のゲインを大きく設定することが必要になるが、フィードバック制御ゲインを増大させると車間距離制御系が不安定化する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６６１４９５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
自車が先行車より速い走行シーンにおいては、目標車間距離が大きい場合は車間距離が目標車間距離をアンダーシュートして、目標車間距離よりも先行車に接近して減速する方が減速度を緩やかにすることができる。しかし、車間距離が目標車間距離に収束する過程（以後、追従過程と呼称）における車間距離の最小値（以後、最接近距離と呼称）が小さ過ぎると、先行車に接近し過ぎてドライバに不安感を与えてしまう。従って、最接近距離は車間距離制御系の応答特性の設計において重要な要素と考えられるが、上述したように、従来は最接近距離が考慮されておらず、ドライバが満足できる車間距離制御を実現できていなかった。
【０００７】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、ドライバが満足できる車間距離制御を実現した車間距離制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る車間距離制御装置は、先行車との車間距離、前記先行車との相対速度および自車の速度を受けて車速指令を演算し、車速を制御する車速制御部に入力することで前記自車の速度を前記車速指令に一致させて前記先行車との車間距離を制御する車間距離制御装置であって、前記先行車との目標車間距離を設定する目標車間距離設定部と、車間距離の初期値から前記目標車間距離に収束するまでの前記車間距離の時間履歴を定義する目標軌道を生成する目標軌道生成部と、前記車間距離、前記目標車間距離および前記相対速度に基づいて前記目標軌道生成部の応答特性を決定する目標軌道設計部と、前記目標軌道生成部の応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の逆伝達関数を用いて、前記目標車間距離に基づいてフィードフォワード車速指令を演算する軌道追従フィードフォワード制御部と、前記自車の速度、前記相対速度および前記フィードフォワード車速指令に基づいて前記車速指令を生成する車速指令演算部と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る車間距離制御装置によれば、車間距離の初期値から目標車間距離に収束するまでの車間距離の時間履歴を定義する目標軌道を生成し、生成した目標軌道と実際の車間距離が一致するように制御することができ、ドライバが満足できる車間距離制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置の変形例の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る実施の形態１の目標軌道生成部の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明に係る実施の形態１の目標軌道生成部の動作を説明する図である。
【図７】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置の制御対象となる走行シーンを示す図である。
【図８】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置の制御対象となる走行シーンを示す図である。
【図９】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置の制御対象となる走行シーンを示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置の制御対象となる走行シーンを示す図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態１の目標軌道生成部におけるフィルタ時定数と目標軌道との関係を説明する図である。
【図１２】加速度最終設計値を示す図である。
【図１３】各加速度最終設計値と、加速度設計値および最接近距離設計値の大小関係を示す図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置のシミュレーションの設定を示す図である。
【図１５】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。
【図１６】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。
【図１７】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。
【図１８】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。
【図１９】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。
【図２０】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。
【図２１】本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。
【図２２】本発明に係る実施の形態２の車間距離制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２３】本発明に係る実施の形態２の車間距離制御装置の変形例の構成を示す機能ブロック図である。
【図２４】本発明に係る実施の形態２の目標軌道生成部の構成を示すブロック図である。
【図２５】本発明に係る実施の形態２の目標軌道生成部の構成の他の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜実施の形態１＞
＜装置構成＞
図１は、本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置１００の構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように車間距離制御装置１００は、車間距離センサ１０により検出される先行車との車間距離Ｄおよび先行車との相対速度ｄＶと、車速センサ１１により検出される自車の速度Ｖに基づいて、先行車との車間距離を維持して走行するための車速指令Ｖ＊を生成して車速制御部１２に入力する。車速制御部１２は、自車の速度Ｖが車速指令Ｖ＊に一致するように加速度指令または駆動トルク指令を車両駆動部１３に出力する。車両駆動部１３は加速度指令または駆動トルク指令に従い、エンジンまたは駆動モータ、または油圧ブレーキを制御し、車両に制動力または駆動力を与える。
【００１２】
図１に示すように車間距離制御装置１００は、目標車間距離設定部１０１、目標軌道生成部１０２、目標軌道設計部１０３、軌道追従ＦＦ制御部１０４および車速指令演算部１０５を備えている。車間距離センサ１０で検出された先行車との車間距離Ｄおよび先行車との相対速度ｄＶは、目標車間距離設定部１０１、目標軌道生成部１０２、目標軌道設計部１０３、軌道追従ＦＦ（フィードフォワード）制御部１０４および車速指令演算部１０５に入力され、車速センサ１１で検出された自車の速度Ｖは、目標車間距離設定部１０１、車速指令演算部１０５および車速制御部１２に入力される。
【００１３】
目標車間距離設定部１０１は、車間距離センサ１０で検出された先行車との車間距離Ｄおよび先行車との相対速度ｄＶに基づいて、車間距離制御の最終的な目標値である目標車間距離Ｄ＊を生成して、目標軌道生成部１０２、目標軌道設計部１０３および軌道追従ＦＦ制御部１０４に入力する。
【００１４】
目標軌道生成部１０２は、車間距離Ｄが目標車間距離Ｄ＊に収束するまでの車間距離の時間履歴を定義する目標軌道Ｄｔｒｋ＊を生成して出力する。
【００１５】
目標軌道設計部１０３は、車間距離Ｄ、相対速度ｄＶおよび目標車間距離Ｄ＊に基づいてフィルタ時定数τｄを決定し、目標軌道生成部１０２および軌道追従ＦＦ制御部１０４に入力する。
【００１６】
軌道追従ＦＦ制御部１０４は、目標車間距離Ｄ＊に基づいてフィードフォワード車速指令ＶＦＦ＊を演算し、車速指令演算部１０５に入力する。
【００１７】
車速指令演算部１０５は、自車の速度Ｖ、相対速度ｄＶ、フィードフォワード車速指令ＶＦＦ＊に基づいて車速指令Ｖ＊を生成して車速制御部１２に入力する。
【００１８】
次に、車間距離制御装置１００の各部の動作について詳細に説明する。目標車間距離設定部１０１において目標車間距離Ｄ＊を生成するに際しては、まず、先行車の車速である先行車の速度Ｖｌｅａｄを求める必要がある。先行車の速度Ｖｌｅａｄは、自車の速度Ｖと相対速度ｄＶを用いて、以下の数式（１）により求めることができる。
【００１９】
【数１】
2019077346.tif 000003
【００２０】
そして、目標車間距離Ｄ＊は、先行車の速度Ｖｌｅａｄを用いて、以下の数式（２）により求めることができる。
【００２１】
【数２】
2019077346.tif 000004
【００２２】
上記数式（２）において、ｔＴＨＷは係数、Ｄｓｔｏｐはオフセット、すなわち先行車に合わせて停止した場合の目標車間距離である。係数ｔＴＨＷおよびオフセットＤｓｔｏｐは、複数の値の組み合わせを予め準備しておくことで、ドライバは目標車間距離を複数の車間設定、例えばＬｏｎｇ（長距離）、Ｍｉｄｄｌｅ（中距離）およびＳｈｏｒｔ（短距離）の３段階から選択可能となる。
【００２３】
目標軌道生成部１０２は、目標軌道Ｄｔｒｋ＊をフィルタにより生成する。本実施の形態では、目標軌道生成部１０２のフィルタとして、２段移動平均フィルタを用いる。最初に、時定数τの移動平均フィルタＦａｖｅ（ｓ）を以下の数式（３）に示す。
【００２４】
【数３】
2019077346.tif 000005
【００２５】
上記数式（３）においてｓはラプラス演算子を表す。数式（３）にはｅｘｐ（−τｓ）で示されるように、移動平均フィルタはむだ時間要素を有するが、ソフトウェア実装の観点からむだ時間要素の使用は好ましくない。そこで、むだ時間要素の影響を考慮できるようにするためパデー近似により線形の数式に置き換える。むだ時間要素の１次および２次のパデー近似をそれぞれ以下の数式（４）および数式（５）に示す。
【００２６】
【数４】
2019077346.tif 000006
【００２７】
【数５】
2019077346.tif 000007
【００２８】
数式（３）のむだ時間要素に対して数式（４）および数式（５）を用いて、それぞれ１次および２次のパデー近似をして得られた２段移動平均フィルタＦｄｒｅｆ（ｓ）を以下の数式（６）および数式（７）として示す。なお、数式（６）および数式（７）は、それぞれ時定数τｄの移動平均フィルタを２個合成した２次のフィルタおよび４次のフィルタとなっている。なお、以下では、理想応答との波形が近い数式（７）の４次のフィルタを用いる。
【００２９】
【数６】
2019077346.tif 000008
【００３０】
【数７】
2019077346.tif 000009
【００３１】
目標軌道生成部１０２で使用されるフィルタ時定数τｄは、車間距離制御装置１００が所望の応答特性となるように目標軌道設計部１０３により決定される。なお、フィルタ時定数τｄの決定方法については後に説明する。
【００３２】
軌道追従ＦＦ制御部１０４におけるフィードフォワード車速指令ＶＦＦ＊の演算式は、以下の数式（８）で表されるように、目標車間距離Ｄ＊を入力として伝達関数ＣＦＦ（ｓ）で定義する。
【００３３】
【数８】
2019077346.tif 000010
【００３４】
上記数式（８）における伝達関数ＣＦＦ（ｓ）は、目標軌道生成部１０２の伝達関数に相当する２段移動平均フィルタＦｄｒｅｆ（ｓ）と、車速指令Ｖ＊に基づいて自車の速度Ｖを制御する車速制御部１２の応答特性ＧＶ（ｓ）と、自車の速度Ｖから車間距離Ｄへの伝達関数である負の積分器を組み合わせて、以下の数式（９）のように定義される。
【００３５】
【数９】
2019077346.tif 000011
【００３６】
なお、車速制御部１２の応答特性ＧＶ（ｓ）は車速制御部１２の伝達関数と言うことができ、数式（９）は、目標軌道生成部１０２の応答特性を定義する伝達関数Ｆｄｒｅｆ（ｓ）と、車速制御部１２の伝達関数の逆数である逆伝達関数（１／ＧＶ（ｓ））とで構成されており、数式（８）で表されるフィードフォワード車速指令ＶＦＦ＊の演算式は、目標軌道生成部１０２の伝達関数と車速制御部１２の逆伝達関数を用いて演算されると言うことができる。
【００３７】
ここで、軌道追従ＦＦ制御部１０４の伝達関数ＣＦＦ（ｓ）はプロパーである必要があり、目標軌道生成部１０２の伝達関数Ｆｄｒｅｆ（ｓ）が４次であることから、車速制御部１２の応答特性ＧＶ（ｓ）は３次以下である必要がある。そこで、車速制御部１２の応答特性ＧＶ（ｓ）には１次のパデー近似した２段移動平均フィルタを適用し、以下の数式（１０）のように定義する。
【００３８】
【数１０】
2019077346.tif 000012
【００３９】
上記数式（１０）においては、前段のフィルタの時定数をτ１ｖ、後段のフィルタの時定数をτ２ｖとしている。
【００４０】
数式（７）、数式（９）および数式（１０）より、軌道追従ＦＦ制御部１０４の伝達関数ＣＦＦ（ｓ）は、以下の数式（１１）のように演算される。
【００４１】
【数１１】
2019077346.tif 000013
【００４２】
なお、この伝達関数ＣＦＦ（ｓ）は、入力が車間距離の初期値Ｄ０から目標車間距離Ｄ＊までのステップ入力であり、出力初期値が相対速度の初期値−ｄＶ０となるように設定する。
【００４３】
車速指令演算部１０５において車速指令Ｖ＊を求める演算式を以下の数式（１２）に示す。
【００４４】
【数１２】
2019077346.tif 000014
【００４５】
上記数式（１２）に示されるように、車速指令Ｖ＊は、軌道追従ＦＦ制御部１０４が出力するフィードフォワード車速指令ＶＦＦ＊と、自車の速度Ｖと相対速度ｄＶの和（先行車の速度Ｖｌｅａｄ）の合計となる。
【００４６】
なお、車速指令演算部１０５は、先行車の速度が変動した時の応答を緩やかにするため、以下の数式（１３）に示すように、先行車の速度（Ｖ＋ｄＶ）の項にフィルタＦＬＰＦ（ｓ）を追加しても良い。
【００４７】
【数１３】
2019077346.tif 000015
【００４８】
フィルタＦＬＰＦ（ｓ）は、以下の数式（１４）に示すような１次ローパスフィルタを用いることができる。
【００４９】
【数１４】
2019077346.tif 000016
【００５０】
上記数式（１４）において、Ｔｌｅａｄは１次ローパスフィルタの時定数である。時定数Ｔｌｅａｄは固定値として定義しても良い。または、時定数Ｔｌｅａｄは相対速度ｄＶが小さいほど大きくして、１次ローパスフィルタの応答を遅くしても良い。または、時定数Ｔｌｅａｄは車間距離Ｄが大きいほど大きくして、１次ローパスフィルタの応答を遅くしても良い。
【００５１】
＜フィードバック制御の追加＞
図１の車間距離制御装置１００においては、フィードフォワード制御のみで実際の車間距離Ｄを目標軌道Ｄｔｒｋ＊に一致させるための構成を示したが、走行抵抗および道路勾配などの外乱により車速制御部１２が所定の応答特性ＧＶ（ｓ）で車速指令Ｖ＊に追従できない場合がある。その場合、目標軌道からの誤差が発生する。そこで、図２には、図１の構成にフィードバック制御を追加した車間距離制御装置１００Ａの構成を示す。
【００５２】
図２は本発明に係る実施の形態１の変形例の車間距離制御装置１００Ａの構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように車間距離制御装置１００Ａは、図１に示した車間距離制御装置１００の構成に、さらに軌道追従ＦＢ制御部１０６を備えた構成となっている。なお、図２においては、図１を用いて説明した車間距離制御装置１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５３】
図２に示すように軌道追従ＦＢ制御部１０６は、目標軌道生成部１０２から出力される目標離軌道Ｄｔｒｋ＊を受け、車間距離検出値Ｄと目標軌道Ｄｔｒｋ＊との偏差に対してＰＤ（比例微分）制御を行ってフィードバック車速指令ＶＦＢ＊を生成して車速指令演算部１０５に入力する。なお、軌道追従ＦＢ制御部１０６には、先行車との車間距離Ｄおよび先行車との相対速度ｄＶが入力され、また、車速センサ１１で検出された自車の速度Ｖが入力される。
【００５４】
軌道追従ＦＢ制御部１０６においてフィードバック車速指令ＶＦＢ＊を生成する演算式を以下の数式（１５）に示す。
【００５５】
【数１５】
2019077346.tif 000017
【００５６】
上記数式（１５）において、ＫｄｐおよびＫｄｄは、それぞれ比例ゲインおよび微分ゲインであり、車間距離検出値Ｄと目標軌道Ｄｔｒｋ＊との偏差に対して両ゲインの和を乗じてフィードバック車速指令ＶＦＢ＊を生成する。
【００５７】
また、軌道追従ＦＢ制御部１０６によるフィードバック制御はＰＤ制御に限定されず、以下の数式（１６）によるＰ（比例）制御または数式（１７）によるＤ（微分）制御を行っても良い。
【００５８】
【数１６】
2019077346.tif 000018
【００５９】
【数１７】
2019077346.tif 000019
【００６０】
このように、フィードバック車速指令ＶＦＢ＊を生成する演算においては、ＰＤ制御、Ｐ制御、Ｄ制御などのフィードバック制御を行うので、走行抵抗や勾配等の外乱によって車速制御部１２が所定の応答特性ＧＶ（ｓ）で自車の速度Ｖを車速指令Ｖ＊に一致させることができない場合においても、目標軌道Ｄｔｒｋ＊と車間距離Ｄを一致させることができる。
【００６１】
車間距離制御装置１００Ａの車速指令演算部１０５から出力される車速指令Ｖ＊は、軌道追従ＦＦ制御部１０４から出力されるフィードフォワード車速指令ＶＦＦ＊と、軌道追従ＦＢ制御部１０６から出力されるフィードバック車速指令ＶＦＢ＊と、自車の速度Ｖと相対速度ｄＶとの和で表される。車速指令演算部１０５における車速指令Ｖ＊の演算式を以下の数式（１８）に示す。
【００６２】
【数１８】
2019077346.tif 000020
【００６３】
なお、車速指令演算部１０５は、先行車の速度が変動した時の応答を緩やかにするため、以下の数式（１９）に示すように、先行車の速度（Ｖ＋ｄＶ）の項にフィルタＦＬＰＦ（ｓ）を追加しても良い。
【００６４】
【数１９】
2019077346.tif 000021
【００６５】
なお、フィルタＦＬＰＦ（ｓ）は、先に説明した数式（１４）に示すような１次ローパスフィルタを用いることができる。
【００６６】
以上説明した車間距離制御装置１００の構成はコンピュータを用いて構成することができ、これらの各構成はコンピュータがプログラムを実行することで実現される。すなわち、図１に示した車間距離制御装置１００の目標車間距離設定部１０１、目標軌道生成部１０２、目標軌道設計部１０３、軌道追従ＦＦ制御部１０４および車速指令演算部１０５は、例えば図３に示す処理回路２０により実現される。これは、車間距離制御装置１００Ａの軌道追従ＦＢ制御部１０６についても同様である。処理回路２０には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのプロセッサが適用され、記憶装置に格納されるプログラムを実行することで上記各構成の機能が実現される。
【００６７】
なお、処理回路２０には、専用のハードウェアが適用されても良い。処理回路２０が専用のハードウェアである場合、処理回路２０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）またはこれらを組み合わせたものなどが該当する。
【００６８】
また、図４には、図１に示した車間距離制御装置１００の各構成（目標車間距離設定部１０１、目標軌道生成部１０２、目標軌道設計部１０３、軌道追従ＦＦ制御部１０４および車速指令演算部１０５）がプロセッサを用いて構成されている場合におけるハードウェア構成を示している。この場合、車間距離制御装置１００の各構成の機能は、ソフトウェア等（ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェア）との組み合わせにより実現される。これは、車間距離制御装置１００Ａの各構成（目標車間距離設定部１０１、目標軌道生成部１０２、目標軌道設計部１０３、軌道追従ＦＦ制御部１０４、車速指令演算部１０５および軌道追従ＦＢ制御部１０６）についても同様である。ソフトウェア等はプログラムとして記述され、メモリ２２に格納される。処理回路２０として機能するプロセッサ２１は、メモリ２２（記憶装置）に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。
【００６９】
＜動作＞
以下、車間距離制御装置１００の動作について説明する。図５は目標軌道生成部１０２の構成を示すブロック図である。図５に示すように目標軌道生成部１０２は、数式（７）で示された２段移動平均フィルタで構成され、１段目の移動平均フィルタ１０２１と２段目の移動平均フィルタ１０２２とを有している。なお、移動平均フィルタ１０２１および１０２２の時定数は共にτｄである。
【００７０】
目標軌道生成部１０２への入力は、車間距離検出値Ｄの初期値Ｄ０から目標車間距離Ｄ＊までのステップ入力として与えられ、目標軌道Ｄｔｒｋ＊を出力する。
【００７１】
図６は目標軌道生成部１０２のフィルタの動作を説明するための図である。なお、図６においては便宜的に１段目および２段目の移動平均フィルタの時定数をそれぞれτ１ｄおよびτ２ｄとし、異なる時定数として説明する。
【００７２】
図６においては、左側から順に、入力値の波形、１段目の移動平均フィルタの出力波形および２段目の移動平均フィルタの出力波形を示している。なお、図６においては、上段に目標軌道Ｄｔｒｋ＊の時間変化を示し、下段に目標軌道微分値（ｄ／ｄｔ×Ｄｔｒｋ＊）の時間変化を示す。
【００７３】
図６に示すように、入力値の波形は、車間距離検出値Ｄの初期値Ｄ０から目標車間距離Ｄ＊までステップ状に変化する波形を示しており、目標軌道微分値は０である。
【００７４】
また、ステップ入力に対する１段目の移動平均フィルタの出力波形は、時定数に相当する時間τ１ｄをかけて車間距離Ｄ０から目標車間距離Ｄ＊に一定速度で収束する波形を示しており、その間、目標軌道微分値は一定値を保つ。
【００７５】
また、一定速度で収束する１段目の移動平均フィルタの出力波形に対して、２段目の移動平均フィルタの出力波形は、目標軌道Ｄｔｒｋ＊の微分値が、台形状となっている。すなわち、時定数に相当する時間τ２ｄをかけて一定の減速をした後、時間τ１ｄ−τ２ｄは一定速度を維持し、その後時定数に相当する時間τ２ｄをかけて一定の加速を行い、合計τ１ｄ＋τ２ｄの時間をかけて車間距離Ｄ０から目標車間距離Ｄ＊に収束する。
【００７６】
次に、車間距離制御装置１００の応答特性の設計手法について説明する。図７〜図１０に車間距離制御装置１００の制御対象となる走行シーン（追従条件）の例を示す。図７および図８は遠方の速度が自車より遅い先行車ＬＶに自車ＯＶが接近するシーンを表し、図９は自車より遅い先行車ＬＶが自車ＯＶの前方の近くに割り込んできたシーンを表し、図１０は自車ＯＶが追越車線に車線変更して前方近くの自車より速い先行車ＬＶに追従するシーンを表している。また、図７および図８は自車の速度、先行車の速度、車間距離初期値は同一であるが、車間設定（目標車間距離）が、図７の場合はＬｏｎｇ、図８の場合はＳｈｏｒｔに設定されている。本設計手法では、何れの走行シーンにおいても違和感のない追従を実現することができる。
【００７７】
先に説明したように、車間距離制御系の応答特性の設計において最接近距離Ｄｍｉｎは重要な要素である。そこで、本設計手法では最接近距離Ｄｍｉｎを考慮して目標軌道を設計する。本設計手法における設計目標を下記に示す。
【００７８】
設計目標（１）：追従過程における最接近距離Ｄｍｉｎを大きくし車間距離を確保する
設計目標（２）：追従過程における減速度（加速度）の大きさを小さくする
本設計手法では、上述した設計目標（１）および（２）の最接近距離と加速度を設計パラメータとし、直感的な調整が可能な目標軌道の設計手法を提供する。
【００７９】
図１１は目標軌道生成部１０２におけるフィルタ時定数τｄと目標軌道との関係を説明する図であり、図７および図８の遠方の先行車に接近する走行シーンを制御対象としている。また、図１１においては、車間距離初期値、相対速度の初期値および目標車間距離を同一とし、左から順に、時定数τｄが小さい場合、定数τｄが中程度の場合、定数τｄが大きい場合について、車間距離（Ｄｉｓｔ．）、速度（Ｖｅｌ．）および加速度（Ａｃｃｅｌ．）を示している。なお、図１１においては最上段に車間距離［ｍ］の時間変化を示し、中段に速度［ｍ／ｓ］の時間変化を示し、最下段に加速度［ｍ／ｓ２］の時間変化を示している。
【００８０】
図１１に示されるように、時定数τｄが何れの場合も２×τｄの時間で目標軌道Ｄｔｒｋ＊は目標車間距離Ｄ＊に収束し、自車の速度Ｖは先行車の速度Ｖｌｅａｄに収束する。より具体的には、時定数τｄが小さい場合は、短時間で目標車間距離に収束しようとするため、時定数に相当する時間τｄをかけて加速して先行車との車間距離を詰めた後、時間τｄをかけて減速する目標軌道となる。また、時定数τｄが中程度の場合は、緩やかに目標車間距離に収束しようとするため、２×τｄの時間の時間をかけて減速しながら車間距離を詰める目標軌道となる。また、時定数τｄが大きい場合は、長時間で目標車間距離に収束しようとするため、一旦、目標車間距離よりも先行車に接近した後、徐々に車間を離す目標軌道となる。このように、本設計手法によれば時定数τｄの大きさに応じて異なる目標軌道を設計することができる。
【００８１】
次に、目標軌道設計部１０３における時定数τｄの設計手法について説明する。図１１において時定数τｄが大きい場合は、追従過程において自車の速度Ｖが先行車の速度Ｖｌｅａｄと同じ速度になる時刻で、自車は先行車に最も接近する。このときの車間距離を最接近距離Ｄｍｉｎとすると、前半の時間τｄでの加速度ａ０と最接近距離Ｄｍｉｎとの間には、以下の数式（２０）で表される関係が成り立つ。
【００８２】
【数２０】
2019077346.tif 000022
【００８３】
上記数式（２０）は、設計目標（１）の最接近距離を大きくすることを優先すると減速度が大きくなり、設計目標（２）の減速度の抑制ができないことを示している。
【００８４】
また、図１１における車間距離、速度、加速度およびフィルタ時定数τｄとの間には、以下の数式（２１）、（２２）および（２３）の関係が成り立つ。なお、以下において速度Ｖ１は、前半の時間τｄでの加速（減速）後の速度である。
【００８５】
【数２１】
2019077346.tif 000023
【００８６】
【数２２】
2019077346.tif 000024
【００８７】
【数２３】
2019077346.tif 000025
【００８８】
上記数式（２１）〜（２３）を整理すると、時定数τｄは以下の式（２４）で算出される。これは、加速度ａ０を決定すれば、車間距離検出値Ｄの初期値Ｄ０および相対速度の初期値ｄＶ０と目標車間距離Ｄ＊から時定数τｄを設定できることを示している。
【００８９】
【数２４】
2019077346.tif 000026
【００９０】
ここで、最接近距離の設計値Ｄｓｅｔ１およびＤｓｅｔ２（０＜Ｄｓｅｔ２≦Ｄｓｅｔ１）と、加速度の設計値ａｓｅｔ０、ａｓｅｔ１、ａｓｅｔ２およびａｓｅｔ３（ａｓｅｔ３≦ａｓｅｔ２≦ａｓｅｔ１＜０＜ａｓｅｔ０）を設計パラメータとして定義する。
【００９１】
追従過程における最接近距離Ｄｍｉｎが設計値Ｄｓｅｔ１およびＤｓｅｔ２となる車間維持減速度ａｂｒａｋｅ１およびａｂｒａｋｅ２は、それぞれ以下の数式（２５）および数式（２６）で求めることができる。
【００９２】
【数２５】
2019077346.tif 000027
【００９３】
【数２６】
2019077346.tif 000028
【００９４】
上記数式（２５）および数式（２６）の分母のｍａｘ関数で表されるｍａｘ演算は、それぞれ車間距離初期値Ｄ０が設計値Ｄｓｅｔ１およびＤｓｅｔ２より小さい場合の例外処理である。すなわち、微小距離ΔＤは設計パラメータであり、車間距離初期値Ｄ０が設計値より小さい場合に車間距離初期値Ｄ０から微小距離ΔＤだけ先行車への接近を許容することを表している。
【００９５】
図１２には、車間維持減速度（ａｂｒａｋｅ１、ａｂｒａｋｅ２）と加速度設計値（ａｓｅｔ０、ａｓｅｔ１、ａｓｅｔ２、ａｓｅｔ３）の大小関係から、追従過程における車間距離の確保と減速度の抑制の両方の設計目標を考慮した本設計手法により決定した加速度最終設計値ａｐｌａｎ［ｍ／ｓ２］を示す。
【００９６】
図１２においては、Ｎｏ１〜６の条件と、それぞれに対応する加速度最終設計値を示しており、Ｎｏ１〜６の順番に優先度が高く設定されている。優先度が上位の条件が満たされない場合には、より優先度が下位の条件で判定を行う。そして、優先度が下位の条件になるほど加速度最終設計値ａｐｌａｎは負の方向に大きくなり、強い減速となる。
【００９７】
自車よりも先行車の方が速い場合は、図１２のＮｏ１の条件、すなわちｄＶ０＞０に適合し、正の加速度設計値ａｓｅｔ０を用いて時定数τｄを計算する。
【００９８】
一方、自車の方が速く、相対速度ｄＶが小さい、または車間距離Ｄが大きい場合は、Ｎｏ２の条件、すなわちｄＶ０≦０かつａｓｅｔ１≦ａｂｒａｋｅ１に適合し、最も小さい減速度の設計値ａｓｅｔ１を用いて時定数τｄを計算する。
【００９９】
また、自車の方が速く、相対速度ｄＶが大きい、または車間距離Ｄが小さい場合は、Ｎｏ３の条件、すなわちｄＶ０≦０かつａｓｅｔ２≦ａｂｒａｋｅ１＜ａｓｅｔ１に適合し、車間維持減速度ａｂｒａｋｅ１を用いて時定数τｄを計算する。この場合、最小車間距離Ｄｍｉｎは、設計値Ｄｓｅｔ１となる。
【０１００】
Ｎｏ４の条件は、ｄＶ０≦０かつａｂｒａｋｅ２≦ａｓｅｔ２＜ａｂｒａｋｅ１であり、これに適合する場合は２番目に小さい減速度の設計値ａｓｅｔ２を用いて時定数τｄを計算する。
【０１０１】
Ｎｏ５の条件は、ｄＶ０≦０かつａｓｅｔ３≦ａｂｒａｋｅ２＜ａｓｅｔ２であり、これに適合する場合は車間維持減速度ａｂｒａｋｅ２を用いて時定数τｄを計算する。
【０１０２】
Ｎｏ６の条件は、ｄＶ０≦０かつａｂｒａｋｅ２＜ａｓｅｔ３であり、これに適合する場合は３番目に小さい減速度の設計値ａｓｅｔ３を用いて時定数τｄを計算する。
【０１０３】
以上のように、図１２のＮｏ１、２、４および６の条件に適合する場合は、追従過程における加速度または減速度が加速度最終設計値となるように時定数τｄを計算し、Ｎｏ３および５の条件に適合する場合は、追従過程における最接近距離が最接近距離設計値となるように時定数τｄを計算することとなる。
【０１０４】
図１３は、図１２に示した加速度最終設計値を用いた場合に、加速度最終設計値ａｐｌａｎが各加速度設計値ａｓｅｔ＊（ａｓｅｔ０、ａｓｅｔ１、ａｓｅｔ２、ａｓｅｔ３）以上であるか否かの判定結果と、最接近距離Ｄｍｉｎが各最接近距離設計値Ｄｓｅｔ＊（Ｄｓｅｔ１、Ｄｓｅｔ２）以上であるか否かの判定結果を示している。
【０１０５】
例えば、Ｎｏ１の加速度最終設計値を用いた場合、全ての加速度設計値ａｓｅｔ＊が加速度最終設計値ａｐｌａｎ以下を達成し、全ての最接近距離設計値Ｄｓｅｔ＊が最接近距離Ｄｍｉｎ以下を達成している。また、Ｎｏ２の加速度最終設計値を用いた場合、加速度設計値ａｓｅｔ０を除く全ての設計値が加速度最終設計値ａｐｌａｎ以下を達成し、全ての最接近距離設計値Ｄｓｅｔ＊が最接近距離Ｄｍｉｎ以下を達成している。また、Ｎｏ３の加速度最終設計値を用いた場合、２つの加速度設計値ａｓｅｔ０およびａｓｅｔ１を除く全ての設計値が加速度最終設計値ａｐｌａｎ以下を達成し、全ての最接近距離設計値Ｄｓｅｔ＊が最接近距離Ｄｍｉｎ以下を達成している。
【０１０６】
このように、優先度が上位の加速度最終設計値ほど適合する条件が多くなる。本設計手法では、加速度と最接近距離の設計値を複数準備し、それらの複数の設計値が可能な限り多く条件に適合するように時定数τｄを決定する。なお、本設計手法で決定した時定数τｄは、追従終了まで同一値を用いる。
【０１０７】
次に、図１に示す実施の形態１の車間距離制御装置１００による各走行シーンに対する車間距離制御動作について、シミュレーション結果に基づいて説明する。図１４には、本シミュレーションに使用する設計パラメータである加速度設計値、最接近距離設計値および微小距離設計値を示す。
【０１０８】
図１４に示すように、加速度設計値ａｓｅｔ０、ａｓｅｔ１、ａｓｅｔ２およびａｓｅｔ３のそれぞれの値（単位ｍ／ｓ２）は、＋０．５、−０．２、−０．５および−０．４であり、加速用、小減速用、中減速用および大減速用に適用される。
【０１０９】
また、最接近距離設計値Ｄｍｉｎ１およびＤｍｉｎ２のそれぞれの値（単位ｍ）は、目標車間距離Ｄ＊および２０である。また、微小距離設計値ΔＤの値（単位ｍ）は５である。
【０１１０】
図１５〜図２１にはシミュレーション結果を示しているが、本シミュレーションでは、先行車の速度Ｖｌｅａｄは一定速度とし、目標車間距離Ｄ＊は一定値とする。なお、図１５〜図２１においては、何れも車間距離（Ｄｉｓｔ．）、速度（Ｖｅｌ．）および加速度（Ａｃｃｅｌ．）のシミュレーション結果を示し、最上段に車間距離［ｍ］の時間変化を示し、中段に速度［ｍ／ｓ］の時間変化を示し、最下段に加速度［ｍ／ｓ２］の時間変化を示している。
【０１１１】
図１５は、図７に示した遠方の速度の遅い先行車ＬＶに自車ＯＶが接近する走行シーンで、車間距離設定がＬｏｎｇの場合の車間距離制御動作のシミュレーション結果を示している。なお、図１５は先行例に開示される車間距離制御を模擬したシミュレーション結果であり、車間距離制御系の応答特性が追従過程において変化する構成とし、また、実施の形態１との比較のためにフィードバック制御をしない構成としている。
【０１１２】
図１５に示すように、車間距離は初期値６０ｍから目標車間距離４０ｍに収束し、自車の速度は８０ｋｍ／ｈから先行車の速度６０ｋｍ／ｈに収束している。このとき、フィードフォワード制御は車間距離制御系の応答特性に基づいて車速指令を計算するため、応答特性が変化すると車間距離Ｄと目標軌道Ｄｔｒｋ＊とが一致するように制御することができず、目標車間距離Ｄ＊に収束することができない。
【０１１３】
図１６は、上記と同条件の走行シーンにおける、実施の形態１の車間距離制御装置１００におけるシミュレーション結果を示している。車間距離制御装置１００の応答特性である時定数τｄは追従過程において一定であるため、フィードフォワード制御は追従開始時に決定された応答特性に従って動作する。その結果、実際の車間距離Ｄが目標軌道Ｄｔｒｋ＊に一致するように制御することができる。また、このときの加速度最終設計値ａｐｌａｎはａｓｅｔ２＝−０．５ｍ／ｓ２であり、追従過程の前半における加速度の平均値が加速度設計値ａｓｅｔ２となるように制御する。この加速度は、図１１における時定数τｄが大きい場合と同様に、一旦、目標車間距離Ｄ＊よりも先行車に接近した後、徐々に車間を離す目標軌道Ｄｔｒｋ＊を採る場合に、目標車間距離Ｄ＊に収束するまでの追従過程における前半の時間（０〜１３．８ｓ）での加速度および減速度の平均値である。そして、設計された時定数τｄは１３．８ｓであり、２×τｄ＝２７．６ｓの時間をかけて目標車間距離Ｄ＊に収束する。
【０１１４】
図１７は、図８に示した遠方の速度の遅い先行車ＬＶに自車ＯＶが接近する走行シーンで、車間距離設定がＳｈｏｒｔの場合のシミュレーション結果を示している。なお、図１７は先行例に開示される車間距離制御を模擬したシミュレーション結果であり、車間距離偏差と相対速度に基づいて車間距離制御系の応答特性を決定している。このように、車間距離偏差に基づいて応答特性を決定するため、図１６に示したシミュレーション結果と同様の減速を行うが、車間距離に余裕がないにも関わらず緩やかに減速するため、最接近距離が１０ｍ程度になり、先行車に接近し過ぎてしまいドライバに不安感を与える。
【０１１５】
図１８は、上記と同条件の走行シーンにおける、実施の形態１の車間距離制御装置１００におけるシミュレーション結果を示している。本実施の形態では、図１２を用いて説明したように、追従過程における車間距離の確保と減速度の抑制の両方の設計目標を考慮した加速度最終設計値を用いて、目標軌道生成部１０２のフィルタの時定数τｄを決定する。そのため、目標車間距離Ｄ＊が小さい状況においては、減速度を大きくすることで先行車に接近し過ぎることを防止できる。
【０１１６】
図１８のシミュレーションにおいては、加速度最終設計値ａｐｌａｎはａｂｒａｋｅ２＝−０．７８ｍ／ｓ２であり、追従過程における最接近距離が設計値Ｄｍｉｎ２＝２０ｍとなるように制御する。そして、設計された時定数τｄは７．２ｓであり、２×τｄ＝１４．４ｓの時間をかけて目標車間距離Ｄ＊に収束する。
【０１１７】
図１９は、図９に示した先行車ＬＶが自車ＯＶの前方の近くに割り込んできたシーンで、自車と先行車とで速度が同じ場合のシミュレーション結果を示している。図１９に示すように、車間距離は初期値３０ｍから目標車間距離４０ｍに収束し、自車の速度は６０ｋｍ／ｈから一度減速した後に先行車の速度６０ｋｍ／ｈに収束している。車間距離初期値Ｄ０は目標車間距離Ｄ＊より小さいが、自車と先行車とで速度が同じであるためこれ以上先行車に接近することはない。加速度最終設計値ａｐｌａｎはａｓｅｔ１＝−０．２０ｍ／ｓ２であり、最も緩やかに減速する。そして、設計された時定数τｄは７．１ｓであり、２×τｄ＝１４．２ｓの時間をかけて目標車間距離Ｄ＊に収束する。
【０１１８】
図２０は、図９に示した先行車ＬＶが自車ＯＶの前方の近くに割り込んできたシーンで、先行車の速度が自車より遅い場合のシミュレーション結果を示している。図２０に示すように、車間距離は初期値３０ｍから約２０ｍまで接近した後、目標車間距離４０ｍに収束し、自車の速度は８０ｋｍ／ｈから大きく減速した後、先行車の速度６０ｋｍ／ｈに収束している。加速度最終設計値ａｐｌａｎはａｂｒａｋｅ２＝−１．６ｍ／ｓ２であり、追従過程における最接近距離が設計値Ｄｍｉｎ２＝２０ｍとなるように制御する。そして、設計された時定数τｄは６．４ｓであり、２×τｄ＝１２．８ｓの時間をかけて目標車間距離Ｄ＊に収束する。
【０１１９】
図２１は、図１０に示した自車ＯＶが追越車線に車線変更して前方近くの速度の速い先行車ＬＶに追従するシーンにおけるシミュレーション結果を示している。図２１に示すように、車間距離は初期値２０ｍから目標車間距離５０ｍに収束し、自車の速度は６０ｋｍ／ｈから大きく加速して先行車の速度８０ｋｍ／ｈに収束している。加速度最終設計値ａｐｌａｎはａｓｅｔ０＝＋０．５ｍ／ｓ２であり、追従過程の前半の加速度平均値が加速度設計値ａｓｅｔ０となるように制御する。そして、設計された時定数τｄは１１．４ｓであり、２×τｄ＝２２．８ｓの時間をかけて目標車間距離Ｄ＊に収束する。
【０１２０】
以上説明したように、本発明に係る実施の形態１およびその変形例においては、加速度と最接近距離の設計値を複数準備し、それらの複数の設計値が可能な限り多く満たされるように車間距離制御装置の応答特性を決定することで、あらゆる走行シーンにおいてドライバのフィーリングに合った車間距離制御を提供することができる。そして、追従過程における応答特性を固定することで、フィードフォワード制御のみでも追従開始時に設計した目標軌道Ｄｔｒｋ＊通りに制御することができる。また、使用する設計パラメータは加速度および車間距離と言った物理的に把握しやすい状態量であるため、設計者は、例えば図１４に示したような設計値を変更するだけでドライバ所望のフィーリングが得られる応答特性に容易に調整することができる。
【０１２１】
＜実施の形態２＞
図２２は、本発明に係る実施の形態２の車間距離制御装置２００の構成を示す機能ブロック図である。図２２に示すように車間距離制御装置２００は、図１に示した実施の形態１の車間距離制御装置１００の構成に、さらに軌道修正ＦＦ制御部１０７を備え、目標軌道生成部１０２の代わりに目標軌道生成部１０２Ａを備えた構成となっている。
【０１２２】
図２２に示されるように、軌道修正ＦＦ制御部１０７には、車間距離Ｄおよび相対速度ｄＶと、目標車間距離設定部１０１から出力される目標車間距離Ｄ＊が入力され、軌道修正フィードフォワード車速指令ＶＦＦ２＊を演算し、車速指令演算部１０５に入力する。なお、図２２においては、図１を用いて説明した車間距離制御装置１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１２３】
実施の形態１の車間距離制御装置１００では、目標軌道設計部１０３が車間距離制御装置１００の応答特性である時定数τｄを決定し、目標軌道生成部１０２が時定数τｄで車間距離初期値Ｄ０から目標車間距離Ｄ＊に収束する目標軌道Ｄｔｒｋ＊を生成する。そして、時定数τｄは追従過程において固定値としている。
【０１２４】
しかしながら、実際の走行シーンにおいては目標軌道Ｄ＊は追従過程において変動する場合がある。そのとき、時定数τｄを追従開始時に設計した値で固定していると、追従開始時の初期状態に応じて追従過程における目標車間距離Ｄ＊の変動に対して車間距離制御の応答特性が異なることとなる。
【０１２５】
そこで、本実施の形態２では、目標軌道生成部１０２Ａが、車間距離が初期値Ｄ０から目標値Ｄ＊へ収束し、相対速度が初期値ｄＶ０から目標値である０に収束するまでの応答時間に対応する第１の応答特性と、追従過程における目標車間距離Ｄ＊の変動に対する応答時間に対応する第２の応答特性の２つの応答特性を備えている。
【０１２６】
目標軌道生成部１０２Ａの第１の応答特性は、実施の形態１において数式（７）を用いて説明した２段移動平均フィルタＦｄｒｅｆ（ｓ）で定義することができる。一方、第２の応答特性は、第１の応答特性と同様の２段移動平均フィルタＦｄｒｅｆ２（ｓ）で定義することができ、時定数としてτｄｒｅｆを用いることで、以下の数式（２７）のように表すことができる。
【０１２７】
【数２７】
2019077346.tif 000029
【０１２８】
ここで、時定数τｄｒｅｆは、固定値としても良いが、車間距離Ｄが小さい場合は時定数τｄｒｅｆを小さくして応答特性を速くしても良い。また、相対速度ｄＶが負値で大きい場合は先行車が非常に遅いため、時定数τｄｒｅｆを小さくして応答特性を速くしても良い。
【０１２９】
また、第２の応答特性は、２段移動平均フィルタ以外で定義しても良い。例えば、以下の数式（２８）で表される３次のフィルタとして定義しても良い。
【０１３０】
【数２８】
2019077346.tif 000030
【０１３１】
ここで、数式（２８）を、１次のパデー近似による移動平均フィルタと、２次のパデー近似による移動平均フィルタの積と考えると、各係数Ｋａ、ＫｖおよびＫｄは、それぞれ以下の数式（２９）、数式（３０）および数式（３１）のように時定数τｄｒｅｆを用いて設定したものと等価となる。
【０１３２】
【数２９】
2019077346.tif 000031
【０１３３】
【数３０】
2019077346.tif 000032
【０１３４】
【数３１】
2019077346.tif 000033
【０１３５】
軌道追従ＦＦ制御部１０４におけるフィードフォワード車速指令ＶＦＦ＊の演算式は、実施の形態１において数式（８）および（９）を用いて説明しているので重複する説明は省略するが、実施の形態２では、数式（９）における伝達関数Ｆｄｒｅｆ（ｓ）は、目標軌道生成部１０２の第１の応答特性を定義するものであり、数式（８）で表されるフィードフォワード車速指令ＶＦＦ＊の演算式は、目標軌道生成部１０２の第１の伝達関数と車速制御部１２の逆伝達関数を用いて演算されると言うことができる。
【０１３６】
また、軌道修正ＦＦ制御部１０７における軌道修正フィードフォワード車速指令ＶＦＦ２＊の演算式は、以下の数式（３２）で表されるように、目標車間距離Ｄ＊を入力として伝達関数ＣＦＦ２（ｓ）で定義する。
【０１３７】
【数３２】
2019077346.tif 000034
【０１３８】
上記数式（３２）の伝達関数ＣＦＦ２（ｓ）は、目標軌道生成部１０２の第２の応答特性の伝達関数として適用される２段移動平均フィルタＦｄｒｅｆ２（ｓ）と、車速指令Ｖ＊に基づいて自車の速度Ｖを制御する車速制御部１２の応答特性ＧＶ（ｓ）と、自車の速度Ｖから車間距離Ｄへの伝達関数である負の積分器を組み合わせて、以下の数式（３３）のように定義される。
【０１３９】
【数３３】
2019077346.tif 000035
【０１４０】
なお、車速制御部１２の応答特性ＧＶ（ｓ）は車速制御部１２の伝達関数と言うことができ、数式（３３）は、目標軌道生成部１０２の第２の応答特性を定義する第２の伝達関数Ｆｄｒｅｆ２（ｓ）と、車速制御部１２の伝達関数の逆数である逆伝達関数（１／ＧＶ（ｓ））とで構成されており、数式（３２）で表されるフィードフォワード車速指令ＶＦＦ２＊の演算式は、目標軌道生成部１０２の第２の伝達関数と車速制御部１２の逆伝達関数を用いて演算されると言うことができる。
【０１４１】
以上のことから、第２の応答特性を数式（２７）で表される２段移動平均フィルタＦｄｒｅｆ２（ｓ）で定義した場合の軌道修正フィードフォワード車速指令ＶＦＦ２＊の演算式の伝達関数ＣＦＦ２（ｓ）は、以下の数式（３４）のように定義される。
【０１４２】
【数３４】
2019077346.tif 000036
【０１４３】
同様に、第２の応答特性を数式（２８）で表される３次のフィルタＦｄｒｅｆ２（ｓ）で定義した場合の軌道修正フィードフォワード車速指令ＶＦＦ２＊の演算式の伝達関数ＣＦＦ２（ｓ）は、以下の数式（３５）のように定義される。
【０１４４】
【数３５】
2019077346.tif 000037
【０１４５】
この伝達関数ＣＦＦ２（ｓ）は、入力が目標車間距離Ｄ＊であり、出力初期値が０となるように設定する。そして、この伝達関数ＣＦＦ２（ｓ）は、目標車間距離Ｄ＊が追従開始から変動しない場合は出力が常に０であり、目標車間距離Ｄ＊が変動した場合にのみ動作する。
【０１４６】
車速指令演算部１０５において車速指令Ｖ＊を求める演算式を以下の数式（３６）に示す。
【０１４７】
【数３６】
2019077346.tif 000038
【０１４８】
上記数式（３６）に示されるように、車速指令Ｖ＊は、軌道追従ＦＦ制御部１０４が出力するフィードフォワード車速指令ＶＦＦ＊と、軌道修正ＦＦ制御部１０７が出力する軌道修正フィードフォワード車速指令ＶＦＦ２＊と、自車の速度Ｖと相対速度ｄＶの和（先行車の速度Ｖｌｅａｄ）の合計となる。
【０１４９】
＜フィードバック制御の追加＞
図２２の車間距離制御装置２００においては、フィードフォワード制御のみで実際の車間距離Ｄを目標軌道Ｄｔｒｋ＊と一致させるための構成を示したが、走行抵抗および道路勾配などの外乱により車速制御部１２が所望の応答特性ＧＶ（ｓ）で車速指令Ｖ＊に追従できない場合がある。その場合、目標軌道からの誤差が発生する。そこで、図２３には、図２２の構成にフィードバック制御を追加した車間距離制御装置２００Ａの構成を示す。
【０１５０】
図２３は本発明に係る実施の形態２の変形例の車間距離制御装置２００Ａの構成を示す機能ブロック図である。図２３に示すように車間距離制御装置２００Ａは、図２２に示した車間距離制御装置２００の構成に、さらに軌道追従ＦＢ制御部１０６を備えた構成となっている。なお、図２３においては、図２２を用いて説明した車間距離制御装置２００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１５１】
図２３に示すように軌道追従ＦＢ制御部１０６は、目標軌道生成部１０２Ａから出力される目標離軌道Ｄｔｒｋ＊を受け、車間距離検出値Ｄと目標軌道Ｄｔｒｋ＊との偏差に対してＰＤ（比例微分）制御を行ってフィードバック車速指令ＶＦＢ＊を生成して車速指令演算部１０５に入力する。なお、軌道追従ＦＢ制御部１０６には、先行車との車間距離Ｄおよび先行車との相対速度ｄＶが入力され、また、車速センサ１１で検出された自車の速度Ｖが入力される。
【０１５２】
軌道追従ＦＢ制御部１０６においてフィードバック車速指令ＶＦＢ＊を生成する演算式は、実施の形態１と同様に先に説明した数式（１５）〜数式（１７）の何れを用いる。
【０１５３】
車間距離制御装置２００Ａの車速指令演算部１０５から出力される車速指令Ｖ＊は、軌道追従ＦＦ制御部１０４から出力されるフィードフォワード車速指令ＶＦＦ＊と、軌道修正ＦＦ制御部１０７から出力される軌道修正フィードフォワード車速指令ＶＦＦ２＊と、軌道追従ＦＢ制御部１０６から出力されるフィードバック車速指令ＶＦＢ＊と、自車の速度Ｖと相対速度ｄＶとの和で表される。車速指令演算部１０５における車速指令Ｖ＊の演算式を以下の数式（３７）に示す。
【０１５４】
【数３７】
2019077346.tif 000039
【０１５５】
以上説明した車間距離制御装置２００および２００Ａの構成はコンピュータを用いて構成することができ、これらの各構成はコンピュータがプログラムを実行することで実現される。すなわち、図２２に示した車間距離制御装置２００および図２３に示した車間距離制御装置２００Ａは、例えば図３に示した処理回路２０により実現される。
【０１５６】
また、図２２に示した車間距離制御装置２００および図２３に示した車間距離制御装置２００Ａがプロセッサを用いて構成されている場合におけるハードウェア構成は、図４に示した構成となる。
【０１５７】
＜動作＞
以下、車間距離制御装置２００の動作について説明する。図２４は目標軌道生成部１０２Ａの構成を示すブロック図である。図２４に示すように目標軌道生成部１０２Ａは、第１の応答特性を実施の形態１において数式（７）を用いて説明した２段移動平均フィルタＦｄｒｅｆ（ｓ）で定義し、第２の応答特性を実施の形態２において数式（２７）を用いて説明した２段移動平均フィルタＦｄｒｅｆ２（ｓ）で定義する構成となっている。
【０１５８】
図２４に示すように、第１の応答特性を定義する２段移動平均フィルタは、１段目の移動平均フィルタ１０２１と２段目の移動平均フィルタ１０２２とを有し、第２の応答特性を定義する２段移動平均フィルタは、１段目の移動平均フィルタ１０２３と２段目の移動平均フィルタ１０２４とを有している。なお、移動平均フィルタ１０２１および１０２２の時定数は共にτｄであり、移動平均フィルタ１０２３および１０２４の時定数は共にτｄｒｅｆである。
【０１５９】
図２４に示されるように、第１の応答特性を定義する２段移動平均フィルタの１段目の移動平均フィルタ１０２１への入力は、車間距離偏差（Ｄ０−Ｄ＊）から０までのステップ入力として与えられ、２段目の移動平均フィルタ１０２２は第１の目標軌道Ｄｔｒｋ１＊を出力する。この第１の目標軌道Ｄｔｒｋ１＊は、追従開始時の車間距離偏差（Ｄ０−Ｄ＊）のみに対して動作し、追従過程における目標車間距離Ｄ＊の変動に対して影響を受けない。追従終了後は、第１の目標軌道Ｄｔｒｋ１＊は常に０となる。
【０１６０】
また、第２の応答特性を定義する２段移動平均フィルタの１段目の移動平均フィルタへの入力は、目標車間距離Ｄ＊で与えられ、２段目の移動平均フィルタ１０２４は第２の目標軌道Ｄｔｒｋ２＊を出力する。この第２の目標軌道Ｄｔｒｋ２＊は、追従過程における目標車間距離Ｄ＊の変動に対してのみ動作し、目標車間距離Ｄ＊が一定である場合には動作しない。そして、第１の目標軌道Ｄｔｒｋ１＊と第２の目標軌道Ｄｔｒｋ２＊は、加算器１０２６で加算され、目標軌道生成部１０２Ａの出力である目標軌道Ｄｔｒｋ＊は、第１の目標軌道Ｄｔｒｋ１＊と第２の目標軌道Ｄｔｒｋ２＊との和で与えられる。
【０１６１】
図２５は、目標軌道生成部１０２Ａの他の構成を示すブロック図である。図２５に示すように目標軌道生成部１０２Ａは、第１の応答特性を実施の形態１において数式（７）を用いて説明した２段移動平均フィルタＦｄｒｅｆ（ｓ）で定義し、第２の応答特性を実施の形態２において数式（２８）を用いて説明した３次フィルタＦｄｒｅｆ２（ｓ）で定義する構成となっている。
【０１６２】
図２５に示すように、第１の応答特性を定義する２段移動平均フィルタは、１段目の移動平均フィルタ１０２１と２段目の移動平均フィルタ１０２２とを有し、第２の応答特性を定義する３次フィルタは、３次フィルタ１０２５を有している。そして、第１の応答特性を定義する２段移動平均フィルタの１段目の移動平均フィルタ１０２１への入力は、車間距離偏差（Ｄ０−Ｄ＊）から０までのステップ入力として与えられ、２段目の移動平均フィルタ１０２２は第１の目標軌道Ｄｔｒｋ１＊を出力する。
【０１６３】
また、第２の応答特性を定義する３次フィルタ１０２５への入力は、目標車間距離Ｄ＊で与えられ、３次フィルタ１０２５は第２の目標軌道Ｄｔｒｋ２＊を出力する。第１の目標軌道Ｄｔｒｋ１＊と第２の目標軌道Ｄｔｒｋ２＊は、加算器１０２６で加算され、目標軌道生成部１０２Ａの出力である目標軌道Ｄｔｒｋ＊は、第１の目標軌道Ｄｔｒｋ１＊と第２の目標軌道Ｄｔｒｋ２＊との和で与えられる。
【０１６４】
以上説明したように、実施の形態２の車間距離制御装置２００および２００Ａは、目標軌道生成部１０２Ａが、車間距離が初期値Ｄ０から目標値Ｄ＊へ収束し、相対速度が初期値ｄＶ０から目標値である０に収束するまでの第１の応答特性と、追従過程における目標車間距離Ｄ＊の変動に対する第２の応答特性の２つの応答特性を備えているので、追従開始時の初期状態が異なる場合においても、目標車間距離Ｄ＊の変動に対して同一の応答特性となる車間距離制御を提供することができる。
【０１６５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【０１６６】
１０１  目標車間距離設定部、１０２  目標軌道生成部、１０３  目標軌道設計部、１０４  軌道追従ＦＦ制御部、１０５  車速指令演算部、１０６  軌道追従ＦＢ制御部、１０７  軌道修正ＦＦ制御部。
【図１】
2019077346.tif 000040
【図２】
2019077346.tif 000041
【図３】
2019077346.tif 000042
【図４】
2019077346.tif 000043
【図５】
2019077346.tif 000044
【図６】
2019077346.tif 000045
【図７】
2019077346.tif 000046
【図８】
2019077346.tif 000047
【図９】
2019077346.tif 000048
【図１０】
2019077346.tif 000049
【図１１】
2019077346.tif 000050
【図１２】
2019077346.tif 000051
【図１３】
2019077346.tif 000052
【図１４】
2019077346.tif 000053
【図１５】
2019077346.tif 000054
【図１６】
2019077346.tif 000055
【図１７】
2019077346.tif 000056
【図１８】
2019077346.tif 000057
【図１９】
2019077346.tif 000058
【図２０】
2019077346.tif 000059
【図２１】
2019077346.tif 000060
【図２２】
2019077346.tif 000061
【図２３】
2019077346.tif 000062
【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年10月10日(2018.10.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先行車との車間距離、前記先行車との相対速度および自車の速度を受けて車速指令を演算し、車速を制御する車速制御部に入力することで前記自車の速度を前記車速指令に一致させて前記先行車との車間距離を制御する車間距離制御装置であって、
前記先行車との目標車間距離を設定する目標車間距離設定部と、
車間距離の初期値から前記目標車間距離に収束するまでの前記車間距離の時間履歴を２つの移動平均フィルタを連続させた２段移動平均フィルタにより定義する目標軌道を生成する目標軌道生成部と、
前記車間距離、前記目標車間距離および前記相対速度に基づいて前記目標軌道生成部の応答特性を決定する目標軌道設計部と、
前記目標軌道生成部の応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の逆伝達関数を用いて、前記目標車間距離に基づいてフィードフォワード車速指令を演算する軌道追従フィードフォワード制御部と、
前記自車の速度、前記相対速度および前記フィードフォワード車速指令に基づいて前記車速指令を生成する車速指令演算部と、を備える車間距離制御装置。
【請求項２】
前記目標軌道設計部は、
前記車間距離が前記目標車間距離に収束し、前記相対速度が目標値に収束するまでの追従過程における前半の加速度の平均値が、設定した加速度設計値となるように前記目標軌道生成部の前記２段移動平均フィルタの時定数を決定する、請求項１記載の車間距離制御装置。
【請求項３】
前記目標軌道設計部は、前記車間距離が前記目標車間距離に収束し、前記相対速度が目標値に収束するまでの追従過程における前記車間距離の最小値で定義される最接近距離が、設定した最接近距離設計値となるように前記目標軌道生成部の前記２段移動平均フィルタの時定数を決定する、請求項１記載の車間距離制御装置。
【請求項４】
前記目標軌道設計部は、
前記車間距離、前記目標車間距離および前記相対速度によって定義される前記先行車の追従条件に基づいて、複数の加速度設計値および複数の最接近距離設計値を設定し、
前記複数の加速度設計値のそれぞれは、追従過程における前半の加速度の平均値を規定し、
前記複数の最接近距離設計値のそれぞれは、追従過程における前記車間距離の最小値で定義される最接近距離を規定し、
前記複数の加速度設計値および前記複数の最接近距離設計値から、追従過程における最接近距離を大きくし、減速度の大きさを小さくするような加速度設計値および最接近距離設計値を選択することで、前記目標軌道生成部の応答特性を決定する、請求項１記載の車間距離制御装置。
【請求項５】
先行車との車間距離、前記先行車との相対速度および自車の速度を受けて車速指令を演算し、車速を制御する車速制御部に入力することで前記自車の速度を前記車速指令に一致させて前記先行車との車間距離を制御する車間距離制御装置であって、
前記先行車との目標車間距離を設定する目標車間距離設定部と、
車間距離の初期値から前記目標車間距離に収束するまでの前記車間距離の時間履歴を定義する目標軌道を生成する目標軌道生成部と、
前記車間距離、前記目標車間距離および前記相対速度に基づいて前記目標軌道生成部の応答特性を決定する目標軌道設計部と、
前記目標車間距離に基づいてフィードフォワード車速指令を演算する軌道追従フィードフォワード制御部と、
前記目標車間距離に基づいて軌道修正フィードフォワード車速指令を演算する軌道修正フィードフォワード制御部と、
前記自車の速度、前記相対速度、前記フィードフォワード車速指令および軌道修正フィードフォワード車速指令に基づいて前記車速指令を生成する車速指令演算部と、を備え、
前記目標軌道生成部は、
車間距離の初期値から前記目標車間距離に収束し、前記相対速度が初期値から目標値に収束するまでの応答時間に対応する第１の応答特性と、
追従過程における前記目標車間距離の変動に対する応答特性を示す第２の応答特性と、を有し、
前記軌道追従フィードフォワード制御部は、
前記目標軌道生成部の前記第１の応答特性の第１の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の逆伝達関数を用いて、前記目標車間距離を入力として前記フィードフォワード車速指令を演算し、
前記軌道修正フィードフォワード制御部は、
前記目標軌道生成部の第２の応答特性の第２の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の逆伝達関数を用いて、前記目標車間距離を入力として前記軌道修正フィードフォワード車速指令を演算する、車間距離制御装置。
【請求項６】
前記目標軌道生成部で生成された前記目標軌道と、前記車間距離との偏差にゲインを乗じたフィードバック車速指令を演算する軌道追従フィードバック制御部をさらに備え、
前記車速指令に前記フィードバック車速指令を加えることで前記車速指令を補正する、請求項１または請求項５記載の車間距離制御装置。
【請求項７】
前記ゲインは、
比例微分制御のゲイン、比例制御のゲインおよび微分制御のゲインの何れかである、請求項６記載の車間距離制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る車間距離制御装置は、先行車との車間距離、前記先行車との相対速度および自車の速度を受けて車速指令を演算し、車速を制御する車速制御部に入力することで前記自車の速度を前記車速指令に一致させて前記先行車との車間距離を制御する車間距離制御装置であって、前記先行車との目標車間距離を設定する目標車間距離設定部と、車間距離の初期値から前記目標車間距離に収束するまでの前記車間距離の時間履歴を２つの移動平均フィルタを連続させた２段移動平均フィルタにより定義する目標軌道を生成する目標軌道生成部と、前記車間距離、前記目標車間距離および前記相対速度に基づいて前記目標軌道生成部の応答特性を決定する目標軌道設計部と、前記目標軌道生成部の応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の逆伝達関数を用いて、前記目標車間距離に基づいてフィードフォワード車速指令を演算する軌道追従フィードフォワード制御部と、前記自車の速度、前記相対速度および前記フィードフォワード車速指令に基づいて前記車速指令を生成する車速指令演算部と、を備えている。