(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先行車との車間距離を検出する車間距離検出手段と、
自車速を検出する自車速検出手段と、
先行車との相対速度を検出する相対速度検出手段と、
目標車間距離と車間距離検出値と相対速度検出値とに基づいて、車間距離検出値を目標車間距離に一致させるための目標車速を演算する車間距離制御手段と、
自車速検出値が目標車速に一致するように車両の制駆動力を制御する車速制御手段と、
車間距離検出値の変化に基づいて先行車の離脱を検出する離脱検出手段と、
先行車の離脱が検出されたときに、追従制御の応答特性を所定の範囲内で、先行車離脱検出後に検出された車間距離が短いほど遅くし該車間距離が長いほど速くするように、前記車間距離制御手段の制御ゲインを変更する制御ゲイン変更手段とを備え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、
前記車間距離制御手段は、目標車間距離と先行車離脱検出後の車間距離検出値との偏差に第１の制御ゲインを乗じるとともに、相対速度検出値に第２の制御ゲインを乗じて、先行車離脱検出後の車間距離検出値を目標車間距離に一致させるための目標車速を演算し、
前記制御ゲイン変更手段は、先行車の離脱が検出されたときに、先行車離脱検出後の車間距離検出値が短いほど車間距離偏差に乗じる第１の制御ゲインを小さくするとともに相対速度に乗じる第２の制御ゲインを大きくすることを特徴とする先行車追従制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の先行車追従制御装置において、
車間距離検出値の変化に基づいて割り込みを検出する割り込み検出手段を備え、
前記制御ゲイン変更手段は、割り込みが検出されると、先行車割り込み検出後の車間距離検出値が短いほど車間距離偏差に乗じる第１の制御ゲインを大きくするとともに相対速度に乗じる第２の制御ゲインを小さくすることを特徴とする追従制御装置。
【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】
車間距離が大きいときは車間距離制御系の制御ゲインを小さくして緩やかに加減速し、逆に車間距離が小さいときは制御ゲインを大きくしてすばやく加減速するようにした先行車追従制御装置が知られている（例えば、特開平８−２８２３３０号公報参照）。
【０００３】
上述した従来の先行車追従制御装置では、図８（ａ）に示すように先行車Ａが割り込んだ場合には、先行車Ａとの車間距離が短いほど大きな制御ゲインが設定され、素早く減速することができる。しかし、図８（ｂ）に示すように追従中の先行車Ａが離脱した場合にも、新しい先行車Ｂとの車間距離が短いほど大きな制御ゲインが設定され、その必要がないのに素早く加速されることになり、乗員の運転感覚に合致せず、違和感を与えるという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、先行車が離脱した時の追従制御の応答特性を改善することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）  請求項１の発明は、先行車との車間距離を検出する車間距離検出手段と、自車速を検出する自車速検出手段と、先行車との相対速度を検出する相対速度検出手段と、目標車間距離と車間距離検出値と相対速度検出値とに基づいて、車間距離検出値を目標車間距離に一致させるための目標車速を演算する車間距離制御手段と、自車速検出値が目標車速に一致するように車両の制駆動力を制御する車速制御手段と、車間距離検出値の変化に基づいて先行車の離脱を検出する離脱検出手段と、先行車の離脱が検出されたときに、追従制御の応答特性を所定の範囲内で、先行車離脱検出後に検出された車間距離が短いほど遅くし該車間距離が長いほど速くするように、車間距離制御手段の制御ゲインを変更する制御ゲイン変更手段とを備える。
（２）  請求項２の先行車追従制御装置は、車間距離制御手段によって、目標車間距離と先行車離脱検出後の車間距離検出値との偏差に第１の制御ゲインを乗じるとともに、相対速度検出値に第２の制御ゲインを乗じて、先行車離脱検出後の車間距離検出値を目標車間距離に一致させるための目標車速を演算し、制御ゲイン変更手段によって、先行車の離脱が検出されたときに、先行車離脱検出後の車間距離検出値が短いほど車間距離偏差に乗じる第１の制御ゲインを小さくするとともに相対速度に乗じる第２の制御ゲインを大きくするようにしたものである。
（３）  請求項３の先行車追従制御装置は、車間距離検出値の変化に基づいて割り込みを検出する割り込み検出手段を備え、制御ゲイン変更手段によって、割り込みが検出されると、先行車割り込み検出後の車間距離検出値が短いほど車間距離偏差に乗じる第１の制御ゲインを大きくするとともに相対速度に乗じる第２の制御ゲインを小さくするようにしたものである。
【０００６】
【発明の効果】
（１）  請求項１〜２の発明によれば、追従中の先行車が離脱したときにも最適な追従制御の応答特性が得られる。
（２）  請求項３の発明によれば、先行車の割り込みパターンと離脱パターンに応じてそれぞれ最適な追従制御の応答特性が得られる。
【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ー３は、スロットルバルブ開度信号に応じてスロットルバルブを開閉し、エンジンへ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、車速とエンジントルク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ー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ー３、自動変速機４および制動装置６を制御する。追従制御コントローラー５は、マイクロコンピューター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。
【０００９】
図２において、測距信号処理部１１は、車間距離センサー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ＬT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ＬTを演算する。この先行車の選択方法についてはすでに公知であるから説明を省略する。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ＶS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ＬTと自車速ＶSとに基づいて目標車間距離ＬT*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ＬT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ＬTを目標車間距離ＬT*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ＶS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ＶSが目標車速Ｖ*となるようにスロットルアクチュエーター３のスロットルバルブ開度と、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】
次に、車間距離制御系について説明する。
この実施の形態のシステムは、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。
【００１３】
システムの状態変数ｘ1、ｘ2を数式１、２で定義する。
【数１】
0003814997.tif 000002
【数２】
0003814997.tif 000003
数式１において、ＶTは先行車の車速である。
また、制御入力、すなわち追従制御コントローラー５の出力をΔＶ*とし、数式３で定義する。
【数３】
0003814997.tif 000004
【００１４】
車間距離ＬTは数式４で与えられる。
【数４】
0003814997.tif 000005
数式４において、Ｌoは車間距離ＬTの初期値である。
車速サーボ系は、例えば数式５のように目標車速Ｖ*に対して実際の車速ＶSが一次遅れで近似的に表現できる。
【数５】
0003814997.tif 000006
数式５において、τvは時定数である。
【００１５】
先行車車速ＶT＝一定と仮定すると、数式１、３、５により数式６が得られる。
【数６】
0003814997.tif 000007
さらに、目標車間距離ＬT*＝一定とすると、数式２、４により数式７が得られる。
【数７】
0003814997.tif 000008
したがって、システムの状態方程式は数式８のように記述できる。
【数８】
0003814997.tif 000009
【００１６】
制御入力ｕを数式９で与える。
【数９】
0003814997.tif 000010
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数式１０のように表される。
【数１０】
0003814997.tif 000011
数式１０において、
【数１１】
0003814997.tif 000012
と置くと、全体システムの特性方程式は数式１２のように導かれる。
【数１２】
0003814997.tif 000013
【００１７】
上述した車速サーボ系の伝達特性に基づき、車間距離ＬTをＬT*へ、相対速度ΔＶを０へ収束させる特性が所望の特性となるようにゲインｆv、ｆdを設定する。
【数１３】
0003814997.tif 000014
【数１４】
0003814997.tif 000015
【数１５】
0003814997.tif 000016
【００１８】
上述した状態フィードバックが施された追従制御系は、数式１２で表されるようにその収束特性が二次系で近似され、所望の応答特性となるように極を設定することによって制御ゲインｆv、ｆdを求めることができる。通常、追従状態に入るまでは、車間距離が長いときは早めに制御を開始してゆっくりと目標車間距離に収束する遅い極設定とし、近くに割り込まれた場合など車間距離が短いときは早く収束する極設定となるように制御ゲインｆv、ｆdをスケジューリングする。
【００１９】
例えば、車速サーボ系の時定数τvを０．５［sec］とし、（ａ）遅い収束特性の極を−０．１（重根）、（ｂ）速い収束特性の極を−０．４（重根）とした場合、制御ゲインｆv、ｆdは数式１４、数式１５から次のようになる。
【表１】
0003814997.tif 000017
【００２０】
上記（ａ）、（ｂ）の極を上限、下限として、例えばωnを車間距離に対して図４（ａ）のように設定する。この例では、車間距離が４０ｍ以下の短い場合にはωnを０．４（速い応答）に設定し、８０ｍ以上の長い場合にはωnを０．２（遅い応答）に設定し、その間（４０ｍ〜８０ｍ）は制御ゲインの切り替わりをスムーズにするため、補間によりωnを設定する。このように設定されたωnに基づいて制御ゲインｆv、ｆdを算出すると、図４（ｂ）に示すようになる。
【００２１】
このように制御ゲインｆv、ｆdをスケジューリングすることにより、遠方の先行車に接近するような場合はゆっくりと応答し、近距離に割り込まれた場合は素速く応答させることができ、乗員の運転感覚に合致させることができる。
【００２２】
しかし、先行車に対する追従パターンには、図８（ｂ）に示すように、追従中の先行車Ａが離脱し、すぐ近くに新しい先行車Ｂがいる場合がある。この場合の望ましい追従制御の応答特性は他の場合と全く逆の特性であり、新たな先行車Ｂとの車間距離が短いときにはゆっくり応答させる必要がある。
【００２３】
そこで、この実施の形態では、割り込みパターンか離脱パターンかを判断し、各パターンに応じた最適な応答特性に切り換え、乗員の運転感覚と合致させる。
【００２４】
図５は制御ゲインの変更処理を示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。
ステップ１において、現在の車間距離と１サンプル前（前回この処理を実行したとき）の車間距離との差から車間距離変化量ΔＬを求める。
【数１６】
ΔＬ＝（現在の車間距離）−（１サンプル前の車間距離）
【００２５】
ステップ２で、追従中の先行車が離脱したか否かを判断する。この離脱判断は、車間距離変化量ΔＬがしきい値１を超えたら追従中の先行車が離脱したとする。先行車が離脱したらステップ３へ進み、そうでなければステップ４へ進む。
【００２６】
先行車が離脱したときは、ステップ３で図６に示す先行車離脱時のゲインスケジューリングに切り換える。この離脱時のゲインスケジューリングは、図４に示す通常の追従状態に入るときのゲインスケジューリングと全く逆であり、車間距離が短いほど追従制御の応答特性を遅くし、車間距離が長いほど応答特性を速くする。そして、車間距離に応じたωnを設定し、数式１４、１５により制御ゲインｆv、ｆdを求める。
【００２７】
図６に示すように、先行車が離脱した場合は、車間距離が長いほど車間距離偏差に乗じる制御ゲインｆdが大きくなり、相対速度に乗じる制御ゲインｆvが小さくなる。逆に、車間距離が短いほど車間距離偏差に乗ずる制御ゲインｆdが小さくなり、相対速度に乗じる制御ゲインｆvが大きくなる。
【００２８】
一方、先行車の離脱がないときは、ステップ４で割り込みの有無を判断する。この割り込み判断は、車間距離変化量ΔＬがしきい値２より小さくなったら割り込みがあったとする。割り込みがあった場合はステップ５へ進み、そうでなければステップ６へ進む。
【００２９】
割り込みがあったときは、ステップ５で図７に示す割り込み時のゲインスケジューリングに切り換える。この割り込み時のゲインスケジューリングは、図６に示す先行車離脱時のゲインスケジューリングとまったく逆で、車間距離が短いほど追従制御の応答特性を速くし、車間距離が長いほど応答特性を遅くする。そして、車間距離に応じたωnを設定し、数式１４、１５により制御ゲインｆv、ｆdを求める。
【００３０】
ステップ６で、先行車の割り込みパターンと離脱パターンとに応じて決定された制御ゲインｆv、ｆdを用いて、車間距離偏差と相対速度をともに０にするための目標車速Ｖ*を演算する。
【００３１】
このように、車間距離偏差に制御ゲインｆdを乗じ、先行車との相対速度に制御ゲインｆvを乗じて目標車速を演算し、先行車に追従する装置において、先行車の割り込みと離脱の発生を判断し、割り込みがあった場合には、車間距離が長いときは追従制御の応答特性を遅くし、車間距離が短いときは追従制御の応答特性を速くする。また、先行車の離脱があった場合には、車間距離が長いときは追従制御の応答特性を速くし、車間距離が短いときは追従制御の応答特性を遅くするようにした。これにより、追従中の先行車が離脱し、すぐ近くに別の先行車がいる場合に、車間距離が短くても追従制御の応答特性がゆっくりとした特性になり、乗員の運転感覚に合致した最適な応答特性を得ることができる。
【００３２】
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が車間距離検出手段を、車速センサー２が自車速検出手段を、車両制御コントローラー５が相対速度検出手段、車間距離制御手段、車速制御手段、離脱検出手段、制御ゲイン変更手段および割り込み検出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】  一実施の形態の追従制御コントローラーの構成を示す図である。
【図３】  一実施の形態の車間距離制御系の構成を示す制御ブロック図である。
【図４】  車間距離制御系の制御ゲインのスケジューリング例を示す図である。
【図５】  一実施の形態の制御ゲインの変更処理を示すフローチャートである。
【図６】  先行車離脱時のゲインスケジューリング例を示す図である。
【図７】  割り込み時のゲインスケジューリング例を示す図である。
【図８】  先行車の割り込みパターンと離脱パターンを示す図である。
【符号の説明】
１  車間距離センサー
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  車両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】
0003814997.tif 000018
【図２】
0003814997.tif 000019
【図３】
0003814997.tif 000020
【図４】
0003814997.tif 000021
【図５】
0003814997.tif 000022
【図６】
0003814997.tif 000023
【図７】
0003814997.tif 000024
【図８】
0003814997.tif 000025