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図面 (20)

課題

ドライバ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。

概要

背景

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車間距離目標値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模擬した車間距離制御が実現できるとしている。

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。

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。

概要

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。車間距離、相対速度および自車の速度を受けて車速指令演算し、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。

目的

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

効果

実績

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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。

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

0005

特許第3661495号

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
加速度最終設計値を示す図である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

実施例

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

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

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

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近似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

0027

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

0030

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

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

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

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

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

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

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

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

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

0059

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

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

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 IntegratedCircuit)、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

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

0086

0087

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

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

0093

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

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

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

0133

0134

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

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

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

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

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

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

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。

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。

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