(57)【要約】【課題】運転者に違和感を与えることを防止すること。【解決手段】先行車との車間距離Ｌと目標車間距離Ｌ＊との差に制御ゲインｆｄを乗じた値と前記先行車との相対速度ΔＶに制御ゲインｆｖを乗じた値との加算値を含んで目標車速Ｖ＊を設定し、当該目標車速Ｖ＊に自車速Ｖが一致するように制駆動力を制御するレギュレータを備え、前記制御ゲインｆｄ，ｆｖを所定の減衰係数ζ及び固有振動数ωｎに基づいて設定し、且つ、先行車の背面面積Ｂが大きいときに当該減衰係数ζを大きく設定するようにした。【選択図】　図２
2004114904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先行車と自車との車間距離と目標車間距離との差に第１のゲインを乗じた値と前記先行車と自車との相対速度に第２のゲインを乗じた値との加算値を含んで目標車速を設定し、当該目標車速に自車速が一致するように制駆動力を制御する先行車追従制御装置であって、前記第１のゲイン及び第２のゲインを所定の減衰係数及び固有振動数に基づいて設定し、且つ、先行車の外形が大きいときに当該減衰係数を大きく設定することを特徴とする先行車追従制御装置。
【請求項２】
目標車間距離を設定する目標車間距離設定手段と、先行車と自車との車間距離を検出する車間距離検出手段と、先行車と自車との相対速度を検出する相対速度検出手段と、前記目標車間距離設定手段で設定された目標車間距離と前記車間距離検出手段で検出された車間距離との差に第１のゲインを乗じた値と前記相対速度検出手段で検出された相対速度に第２のゲインを乗じた値との加算値を含んで目標車速を設定する目標車速設定手段と、自車速を検出する自車速検出手段と、当該自車速検出手段で検出される自車速が前記目標車速設定手段で設定された目標車速に一致するように制駆動力を制御する制駆動力制御手段と、先行車の外形の大きさを検出する先行車外形検出手段とを備え、
前記目標車速設定手段は、前記第１のゲイン及び第２のゲインを所定の減衰係数及び固有振動数に基づいて設定し、且つ、前記先行車外形検出手段で検出された先行車の外形が大きいときに前記減衰係数を大きく設定することを特徴とする先行車追従制御装置。
【請求項３】
前記先行車外形検出手段は、先行車の外形の面積を検出し、前記目標車速設定手段は、前記先行車検出手段で検出された先行車の外形の面積が大きいほど前記減衰係数を大きく設定することを特徴とする請求項２に記載の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、先行車と自車との車間距離を目標車間距離に保ちつつ、当該先行車に自車を追従させる先行車追従制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
従来、このような先行車追従制御装置としては、例えば先行車との車間距離と目標車間距離との差に第１のゲインを乗じた値と前記先行車との相対速度に第２のゲインを乗じた値との加算値を含んで目標車速を設定し、当該目標車速に自車速が一致するように制駆動力を制御するレギュレータによって、前記先行車に自車を追従させるものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２０５０３号公報（第３―５頁、第５図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような追従走行時にあっては、一般に運転者は先行車が大きいほど当該先行車と自車との車間距離を小さく感じる。そのため、例えば大型先行車に自車が近づくときに、自車が当該先行車に近づきすぎるように感じ、運転者に違和感を与える恐れがあった。
【０００５】
そこで、本発明は上記従来技術の未解決の課題を解決することを目的とするものであって、運転者の違和感を抑制防止できる先行車追従制御装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の先行車追従制御装置にあっては、先行車と自車との車間距離と目標車間距離との差に第１のゲインを乗じた値と前記先行車と自車との相対速度に第２のゲインを乗じた値との加算値を含んで目標車速を設定し、当該目標車速に自車速が一致するように制駆動力を制御する先行車追従制御装置であって、前記第１のゲイン及び第２のゲインを所定の減衰係数及び固有振動数に基づいて設定し、且つ、先行車の外形が大きいときに当該減衰係数を大きく設定することを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の効果】
したがって、本発明に係る先行車追従制御装置にあっては、第１のゲイン及び第２のゲインを所定の減衰係数及び固有振動数に基づいて設定し、且つ、先行車の外形が大きいときに減衰係数を大きく設定するようにしたため、例えば先行車として大型車、つまり運転者に自車との車間距離を小さく感じさせる車両が検出されると、減衰係数が大きく設定され、自車が先行車に近づくときの目標車間距離に対するオーバーシュート量が低減され、先行車に近づきすぎるような感じを抑制して、違和感を抑制防止できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る先行車追従制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。車間距離センサ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。ステレオカメラユニット２は、車室内のバックミラー上方のルーフに取り付けられ、２台のＣＣＤカメラで自車前方の道路状況を撮影する。車速センサ３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４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５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。
【０００９】
追従制御コントローラ７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求め、スロットルアクチュエータ４、自動変速機５及び制動装置６を制御する。
追従制御コントローラ７は、図２に示すように、マイクロコンピュータのソフトウエア形態によって制御ブロック１１、２１、３１、５０、５１を構成する。測距信号処理部１１は、車間距離センサ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。画像処理部２１は、図３に示すように、ステレオカメラユニット２で撮影された自車前方の画像から先行車の背面面積Ｂを検出する。先行車の検出方法についてはすでに公知であるので説明を省略する（「ステレオ画像認識による前方監視システム」、自動車技術，Ｖｏｌ．５６，Ｎｏ．４，２００２）。車速信号処理部３１は、車速センサ３からの車速パルスの周期を計測し、自車両の速度を検出する。
【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及び目標車間距離設定部５０３を備え、先行車の背面面積Ｂと車間距離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、先行車の背面面積Ｂと相対速度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４のスロットル開度と、自動変速機５の変速比と、制動装置６の制動力を制御する。
次に、前記測距信号処理部１１と先行車追従制御部５０とを詳細に説明する。まず、先行車と自車との相対速度ΔＶの演算方法について説明する。相対速度ΔＶは、図４及び図５に示すように、測距信号処理部１１で算出された先行車までの車間距離Ｌを入力とし、バンドパスフィルタあるいはハイパスフィルタを用いて近似的に求めることができる。例えば、バンドパスフィルタは下記（１）式に示す伝達関数で実現できる。
【００１２】
Ｆ（ｓ）＝ωｃ２ｓ／（ｓ２＋２ζωｃｓ＋ωｃ２）　………（１）
但し、ωｃ＝２πｆｃ、ｓはラプラス演算子である。なお、フィルタ伝達関数のカットオフ周波数ｆｃは、車間距離Ｌに含まれるノイズ成分の大きさと、短周期の車体前後Ｇ変動の許容値より決定する。
次に、車間距離Ｌを目標車間距離Ｌ＊に保ちつつ、先行車に追従するための制御則について説明する。基本的な制御系の構成は、図２に示すように先行車追従制御部５０と車速制御部５１とをそれぞれ独立に備える。なお、先行車追従制御部５０の出力は目標車速（車速指令値）Ｖ＊であり、車間距離Ｌを直接に制御する構成としていない。
【００１３】
先行車追従制御部５０の車間距離制御部５０２は、車間距離Ｌと相対速度ΔＶとに基づいて、車間距離Ｌを目標値Ｌ＊に保ちながら先行車に追従走行するための目標車速Ｖ＊を演算する。具体的には、図６に示すように、下記（２）式に従って、目標車間距離Ｌ＊と実車間距離Ｌとの差（Ｌ＊−Ｌ）に制御ゲインｆｄを乗じたものと、相対速度ΔＶに制御ゲインｆｖを乗じたものとの加算値ΔＶ＊を先行車の車速ＶＴから減じて算出する。
【００１４】
Ｖ＊＝ＶＴ−ΔＶ＊　………（２）
ΔＶ＊＝ｆｄ（Ｌ＊−Ｌ）＋ｆｖ・ΔＶ
但し、ＶＴは先行車の車速である。また、制御ゲインｆｄ，ｆｖは先行車に対する追従制御性能を決めるパラメータである。このシステムは２個の目標値（車間距離と相対速度）を１個の入力（目標車速）で制御する１入力２出力系であることから、制御法として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している。
【００１５】
以下、制御系設計の手順を説明する。まず、システムの状態変数ｘ１、ｘ２を下記（３）式で定義する。
ｘ１＝ＶＴ−Ｖ，ｘ２＝Ｌ＊−Ｌ　………（３）
また、制御入力（コントローラーの出力）ΔＶ＊を下記（４）式で定義する。
ΔＶ＊＝ＶＴ−Ｖ＊　………（４）
ここで、車間距離Ｌは下記（５）式のように記述できる。
【００１６】
Ｌ＝∫（ＶＴ−Ｖ）ｄｔ＋Ｌｏ　………（５）
また、車速サーボ系は線形伝達関数によって、例えば下記（６）式のように目標車速Ｖ＊に対して実車速Ｖが一時遅れで近似的に表現できる。
Ｖ＝１／（１＋τｖ・ｓ）
ｄＶ／ｄｔ＝１／τｖ（Ｖ＊―Ｖ）　………（６）
それゆえ、先行車車速ＶＴが一定であるとすると、上記（３），（４）及び（６）式より、前記状態変数ｘ１は下記（７）式のように記述できる。
【００１７】
ｄｘ１／ｄｔ＝―１／τｖ・ｘ１＋１／τｖ・ΔＶ＊　………（７）
また、目標車間距離Ｌ＊が一定であるとすると、上記（３）及び（５）式より、前記状態変数ｘ２は下記（８）式のように記述できる。
ｘ２＝−（ＶＴ−Ｖ）＝−ｘ１　………（８）
したがって、上記（７），（８）式より、システムの状態方程式は下記（９）式のように記述できる。
【００１８】
【数１】
2004114904.tif 000003
【００１９】
また、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下記（１０）式のように記述できる。
ｄＸ／ｄｔ＝（Ａ＋ＢＦ）Ｘ　………（１０）
但し、制御入力ｕ＝ＦＸ，Ｆ＝［ｆｖ　ｆｄ］
したがって、上記（１０）式より、全体システムの特性方程式は下記（１１）式のように記述できる。
【００２０】
｜ｓＩ―Ａ’｜＝ｓ２＋（１−ｆｖ）／τｖ・ｓ＋ｆｄ／τｖ＝０………（１１）
但し、Ａ’＝Ａ＋ＢＦ
【００２１】
【数２】
2004114904.tif 000004
【００２２】
車速制御部５１の車速サーボ系は近似的に線形伝達関数で表現でき、この伝達特性に基づき車間距離Ｌが目標値Ｌ＊へ相対速度ΔＶが０へそれぞれ収束する収束特性が、設計者の意図する特性（減衰係数ζ、固有振動数ωｎ）となるように、下記（１２）式に従って制御ゲインｆｄ，ｆｖを設定する。なお、減衰係数ζは、先行車が大型車であるときに当該減衰係数ζを大きく設定する後述する減衰係数演算処理によって設定する。
【００２３】
ｆｖ＝１−２ζωｎ・τｖ
ｆｄ＝ωｎ２・τｖ　　………（１２）
一方、相対速度ΔＶは先行車と自車との車速差であることから、図７に示すように、先行車車速ＶＴを自車速Ｖと車間距離データから得られた相対速度ΔＶに基づいて下記（１３）式に従って算出する。
【００２４】
ＶＴ＝Ｖ＋ΔＶ………（１３）
したがって、上記（２），（１３）式より、目標車速Ｖ＊は下記（１４）式のように記述できる。
Ｖ＊＝Ｖ−ｆｄ（Ｌ＊−Ｌ）＋（１−ｆｖ）ΔＶ　………（１４）
なお、目標車間距離Ｌ＊は接近警報などで用いられる車間時間という概念を用いて設定してもよいが、ここでは制御の収束性にまったく影響を及ぼさないという観点から先行車の車速ＶＴの関数とする。上記（１３）式で定義した先行車の車速ＶＴを用いて、下記（１５）式に示すように設定する。
【００２５】
Ｌ＊＝ａ・ＶＴ＋Ｌｏ＝ａ（Ｖ＋ΔＶ）＋Ｌｏ………（１５）
但し、Ｌｏは車間距離の初期値である。
あるいは、先行車の車速ＶＴを自車速Ｖと相対速度ΔＶから算出した値を用いると、相対速度検出値に重畳されるノイズの影響を受けるため、図８に示すように自車速Ｖの関数として、下記（１６）式に示すように設定してもよい。
【００２６】
Ｌ＊＝ａ・Ｖ＋Ｌｏ　………（１６）
図９は、前記制御ゲインｆｖ、ｆｄを設定するための減衰係数ζを設定する減衰係数設定処理を示すフローチャートである。車間距離制御部５０２は所定の時間間隔でこの制御を実行する。ステップＳ１では、追従制御実行中であるか否かを判定し、追従制御実行中である場合にはステップＳ２に移行し、そうでない場合には再びこの判定を行う。
【００２７】
前記ステップＳ２では、先行車が大型車、つまり運転者に自車との車間距離を小さく感じさせる車両であるか否かを判定する。具体的には、前記画像処理部２１で検出された先行車の背面面積Ｂが所定値（例えば、平均的な普通車の２倍、約５．０ｍ２）以上であるか否かを判定し、所定値以上である場合にはステップＳ３に移行し、そうでない場合にはステップＳ４に移行する。
【００２８】
前記ステップＳ３では、先行車が大きいほど、又は先行車との車間距離Ｌが小さいほど減衰係数ζを大きく設定する。具体的には、所定の減衰係数候補ζ’（例えば、０．７）に“１”より大きい補正係数Ｋを乗じた値を減衰係数ζとして設定してから、メインプログラムに復帰する。この補正係数Ｋは、前記画像処理部２１で検出された先行車の背面面積Ｂを平均的な普通車の背面面積Ａで除してから、図１０に示すように、車間距離Ｌが小さくなるほど大きくなる係数ｋＬを乗じて算出する。
【００２９】
一方、前記ステップＳ４では、前記減衰係数候補ζ’を減衰係数ζとして設定してから、メインプログラムに復帰する。
次に、本実施形態における先行車追従制御装置の動作を説明する。
まず、通常の制御ゲインｆｄ，ｆｖを用いて追従制御を行っているときに、車線変更等によって、大型車両を目標車間距離Ｌ＊より大きい車間距離Ｌで先行車として検出したとする。すると、追従制御コントローラ７の車間距離制御部５０２で減衰係数設定処理が実行され、図９に示すように、ステップＳ１及びＳ２の判定が「Ｙｅｓ」となり、ステップＳ３で、前記先行車の背面面積Ｂが大きいほど減衰係数ζが大きく設定される。また、当該減衰係数ζが大きく設定されると、上記（１２）式に従って制御ゲインｆｖが小さく設定され、上記（１４）式に示すように、目標車速Ｖ＊の算出式における相対速度ΔＶのゲイン（１−ｆｖ）が大きく設定される。そのため、自車速Ｖが先行車車速ＶＴより大きくなると、目標車速Ｖ＊が大幅に低減され、図１１に実線で示すように、自車が先行車に近づくときの目標車間距離Ｌ＊に対するオーバーシュート量が低減され、先行車に近づきすぎるような感じが抑制されて、違和感が抑制防止される。またその際、前記減衰係数ζは先行車の背面面積Ｂが大きいほど、つまり運転者が当該先行車との車間距離Ｌを小さく感じるときほど大きく設定されるため、違和感が的確に抑制防止される。
【００３０】
ちなみに、大型先行車に近づくときに減衰係数ζを変更しない従来の方法では、図１１に破線で示すように、当該大型先行車との車間距離Ｌが目標車間距離Ｌ＊をオーバーシュートする。このオーバーシュート量は、先行車が大型車でない場合と同じであるが、前述のように運転者は先行車が大きいほど車間距離を短く感じることから、運転者に、当該大型先行車に近づきすぎるように感じさせて、違和感を与える恐れがある。
【００３１】
なお、本実施形態では、目標車間距離設定手段は目標車間距離設定部５０３に対応し、車間距離検出手段は車間距離センサ１及び測距信号処理部１１に対応し、相対速度検出手段は相対速度演算部５０１に対応し、目標車速設定手段は車間距離制御部５０２に対応し、自車速検出手段は車速センサ３及び車速信号処理部３１に対応し、制駆動力制御手段は車速制御部５１に対応し、先行車外形検出手段はステレオカメラユニット２及び画像処理部２１に対応する。
【００３２】
また、上記実施の形態は本発明の先行車追従制御装置の一例を示したものであり、装置の適用対象や構成等を限定するものではない。
例えば、上記実施形態においては、ステレオカメラユニット２で撮影された自車前方の画像から先行車の背面面積Ｂを検出し、当該背面面積Ｂによって先行車の大きさを検出する例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば特開平７−１８６７７５号公報に記載されているように、先行車の大きさをレーザの反射頻度で推定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の先行車追従制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の追従制御コントローラの構成を示すブロック図である。
【図３】図２の画像処理部を説明するための説明図である。
【図４】図２の測距信号処理部を説明するためのブロック図である。
【図５】図２の相対速度演算部を説明するためのブロック図である。
【図６】図２の車間距離制御部を説明するためのブロック図である。
【図７】図２の車間距離制御部を説明するためのブロック図である。
【図８】図２の目標車間距離設定部を説明するためのブロック図である。
【図９】図２の車間距離制御部で実行される減衰係数設定処理を示すフローチャートである。
【図１０】図８の減衰係数設定処理で用いられる制御マップである。
【図１１】本発明の先行車追従制御装置の動作を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１は車間距離センサ
２はステレオカメラユニット
３は車速センサ
４はスロットルアクチュエータ
５は自動変速機
６は制動装置
７は追従制御コントローラ
１１は測距信号処理部
２１は画像処理部
３１は車速信号処理部
５０は先行車追従制御部
５０１は相対速度演算部
５０２は車間距離制御部
５０３は目標車間距離設定部
５１は車速制御部
【図１】
2004114904.tif 000005
【図２】
2004114904.tif 000006
【図３】
2004114904.tif 000007
【図４】
2004114904.tif 000008
【図５】
2004114904.tif 000009
【図６】
2004114904.tif 000010
【図７】
2004114904.tif 000011
【図８】
2004114904.tif 000012
【図９】
2004114904.tif 000013
【図１０】
2004114904.tif 000014
【図１１】
2004114904.tif 000015