JP3700045B2

JP3700045B2 - 車両走行制御方法およびシステム

Info

Publication number: JP3700045B2
Application number: JP36347198A
Authority: JP
Inventors: 博富永
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2018-12-21
Also published as: JP2000177428A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予め定めた目標に従って車両を自動走行させる方法およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、新交通システムに応用可能な自動走行車両が注目されている。この種の車両は、例えば、自動操舵制御および自動速度制御の下で、予め定められたコースを走行することができ、また、機械的な連結なしに隊列を組んで走行することができる。このようなシステムは、隊列編成がフレキシブルであり、インフラストラクチャを比較的安価に作れ、車両も比較的安価に提供できるなどの利点を有する。従って、空港内のターミナル間の交通、都市間交通、その他の交通システムに応用できると期待されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、先の日本国特許出願（特開平１０−２８７２２１号公報）にて、予め定められた軌道（コース）を走行する自動走行車両に関し、ＰＩＤ制御によって車両速度をフィードバック制御することを開示している。
【０００４】
ＰＩＤ制御は、軌道上の位置に対する目標速度のマップを用いて行われる。図１０の例では、横軸が位置で、縦軸が目標速度である。このようなマップを用いて、車両走行位置Ｓから目標速度ｖ（Ｓ）が計算される。微分項、積分項および比例項を用いて、実車両速度が目標値ｖ（Ｓ）に一致するように制御される。
【０００５】
ＰＩＤ制御では、位置に対する速度の制御は好適に行われる。従って、コース上の決まった位置で車両を停止させる（速度０）ような制御には向いている（定点停止）。
【０００６】
しかし、制御パラメータである目標速度ｖ（Ｓ）に時間が含まれておらず、また、制御中の速い時期における目標値への追従性が低い。そのため、時間に対して位置を制御することができず、決まった時間に決まった位置で車両を停止させるような制御には向かない（定点、定刻停止）。
【０００７】
例えば、複数の車両が隊列走行を行い、隊列中の各車両が独立して制御されているとする。ＰＩＤでは、各時間の車両位置を制御できないので、車間距離がばらばらになる可能性があり、隊列の乱れを招き得る。
【０００８】
参考として、いわゆる「ものまね制御」は、先行車両の加減速動作をまねることで隊列走行を実現するが、各車両の独立制御が求められるシステムには適合しにくい。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題を解決し、隊列走行にも適した車両走行制御方法およびシステムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、予め時間に対する目標位置を定める。そして、目標位置と実走行位置との位置偏差を表す状態量を求める。そして、この状態量が少なくなるように車両速度がフィードバック制御される。これにより、時間に対する車両位置の制御が可能となる。例えば、減速停止制御において、決まった時間に決まった位置で車両を停止することができる。
【００１１】
そして、本発明を隊列走行システムに適用する場合において、隊列走行中の前方車両の制御誤差が所定値より大きくなったときに、自車両の時間に対する目標位置を再定義し、再定義された目標位置に基づいて車両走行を制御する。この態様によれば、誤差が発生した車両がある場合に、速やかに後続車両の目標値を変更することができる。従って、隊列を乱すことなく、より円滑な隊列走行を実現することができる。
【００１２】
また、自車両の制御誤差が所定値よりも大きくなったときに、自車両の時間に対する目標位置を再定義し、この再定義された目標位置に基づいて車両走行を制御する。この態様によれば、大きな制御誤差が発生したときに、この誤差を修正しようとして大きな修正量を与えるのではなく、時間に対する目標位置を再定義することで、操作量が大きく変化することを避けることができる。
【００１４】
なお、ここでは主として減速、停止制御について説明したが、本発明は加速制御、定速制御にも同様に適用可能であることはもちろんである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照し説明する。
【００１６】
まず、本発明の制御の原理を説明する。ここでは減速制御を取り上げるが、本発明は減速モード以外の制御、すなわち加速制御および定速制御にも同様に適用できる。
【００１７】
本発明の目的の一つは、時間に対する位置制御が可能で、定点・定刻停止を実現できる制御方法およびシステムを提供することにある。この目的を達成するべく、本発明は、図１に示すように、時間ｔ（横軸）に対する目標位置Ｓ（ｔ）（縦軸）を定義することを提案する。図１では、制動開始から車両停止までの位置が定義されている。この目標位置Ｓ（ｔ）に実際の車両位置を収束させるように車速を制御する。
【００１８】
特に、本発明は、以下の工夫を取り入れることにより、車速制御に対するＬＱ制御則の適用を可能にすることを提案する。ＬＱ制御とは、線形２次形式最適制御（ｌｉｎｅａｒｑｕａｄｒａｔｉｃｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌ）の略である。
【００１９】
図２は、図１の目標位置Ｓ（ｔ）から導かれる目標車速ｖ（ｔ）である。目標位置Ｓ（ｔ）および目標車速ｖ（ｔ）は、予め設定され、車両制御ＥＣＵなどに記憶されていることが好適である。また、実車両位置をｒ（ｔ）、実車速をｒ′（ｔ）とする。
【００２０】
これらの数値から、定点・定刻停止のための制御パラメータとして、以下の状態量Ｘ（ｔ）が計算される。ここで、ｘ１（ｔ）は位置偏差（目標位置と検出された実位置との偏差；位置誤差）であり、ｘ２（ｔ）は速度偏差（目標速度と実速度の偏差；速度誤差）である。またｘ３（ｔ）は、位置偏差ｘ１（ｔ）の積分値である。
【００２１】
【数２】
Ｘ（ｔ）＝（ｘ１（ｔ），ｘ２（ｔ），ｘ３（ｔ））
【数３】
ｘ１（ｔ）＝Ｓ（ｔ）−ｒ（ｔ）
【数４】
ｘ２（ｔ）＝ｖ（ｔ）−ｒ′（ｔ）
【数５】
ｘ３（ｔ）＝∫（Ｓ（ｔ）−ｒ（ｔ））ｄｔ
状態量Ｘ（ｔ）を用いると、下記のように車両走行の状態方程式を書き表すことができる。ここで、ｍは車両質量であり、ｕ（ｔ）はシステム入力量である。また、右辺の第３項はフィードフォワード項である。制御目標が達成されていれば、減速度ｒ″（ｔ）が発生する。
【００２２】
【数６】

この式は、ＬＱ制御の一般的な状態方程式（Ｘ′（ｔ）＝ＡＸ（ｔ）＋Ｂｕ（ｔ））に適合している。右辺を計算すると、距離、速度および距離の積分に関連する項が正しく導かれるように、行列式と次元が適切に設定、配置されている。従って、本発明が提案するこの状態方程式を使えば、ＬＱ制御を自動車両走行に適用することが可能となる。
【００２３】
そこで、上記の状態方程式に基づき、最適制御問題にあてはめ、リカッチ方程式により状態フィードバックゲインＫを計算する。ゲインＫは、予め算出され車両制御ＥＣＵに記憶されることが好適である。そして、制御中は、下式に従い、状態量Ｘ（ｔ）とゲインＫからシステム入力量ｕ（ｔ）を求める。
【００２４】
【数７】
ｕ（ｔ）＝ −Ｋ・Ｘ（ｔ）
ｕ（ｔ）の次元は、加減速度（速度の微分）である。このｕ（ｔ）を用いて減速制御を行う。例えば、減速装置が油圧式摩擦ブレーキである場合、指示油圧ＰをＰ＝ｆ（ｕ（ｔ））により求め、この指示油圧Ｐをブレーキシステムに発生させる。
【００２５】
以上が、本発明の車速制御の基本的な原理である。本発明によれば、図１に示される目標位置を定め、目標位置と実走行位置の偏差が少なくなるように車両速度をフィードバック制御している。従って、時間に対する位置の制御が可能となり、定点・定刻停止も実現できる。駅から駅へ移動し、次の駅の停止位置に定刻に精度良く停止するといった自動走行制御が可能になる。
【００２６】
また、本発明によれば、自動走行にＬＱ制御を取り入れることが可能となる。ＰＩＤ制御では、時間に対する位置制御の実現にはゲイン調整に多大な手間が必要であるが、ＬＱ制御ではそのような制御が容易に実現可能である。これは、本発明が、自動車両走行へのＬＱ制御導入を実現したことによって効率的かつ高精度な「時間に対する位置制御」を実現可能とした、ということを意味している。
【００２７】
また、ＰＩＤ制御では制御の発散を避けるために制御ゲインの大きさが限られる。ＰＩＤ制御と比べ、ＬＱ制御では高ゲインの制御が可能であり、収束が速い。さらに、目標値への追従性が良いので、ほぼ一定減速度（Ｇ）での減速が可能で、ジャーク（加速度の微分；乗り心地の指標）の変動が少ない。従って、車両の乗り心地も良好にすることができる。
【００２８】
さらに、本発明のＬＱ制御は、状態方程式のかたちを工夫することにより、位置偏差積分ｘ３（ｔ）を制御パラメータに含めている。これにより、本発明はＬＱＩ制御理論に従った制御を実現している。そして、位置偏差積分ｘ３（ｔ）を少なくする制御により、定常偏差を減少することができる。
【００２９】
ただし、本発明の範囲内で、位置偏差積分を制御パラメータに含めない構成も可能である。すなわち、位置偏差と速度偏差を状態量とし、この状態量に関する状態方程式に基づいたＬＱ制御を行うことも可能である。より具体的には、前述の状態方程式から、位置偏差積分ｘ３（ｔ）に関する要素を削除した状態方程式を用いればよい。このような構成によっても、時間に対する位置制御は実現でき、高い収束性と乗り心地の良さを得ることができる。
【００３０】
本発明は、隊列走行する車両の制御アルゴリズムとして好適に使用される。複数の車両が小さな車間距離で自動走行する場合は、前後の車両との位置関係を保つために、高精度の位置制御が必要である。本発明によれば、時刻に対する車両走行位置の制御が、少ない遅れおよび誤差で行われるので、隊列走行が良好に行われる。
【００３１】
また、本発明は、減速制御の他に、加速制御、定常速度制御にも同様の方法で適用可能である。すなわち、加速、定速、減速のうちの一つのモードに本発明を適用する構成も、２以上のモードに本発明を適用する構成も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３２】
例えばシステム入力量ｕ（ｔ）を計算したときに、ｕ（ｔ）の値が正の場所では、ｕ（ｔ）をアクセル指示に変換し、原動機を制御して車速を上げる。一方ｕ（ｔ）の値が負の場所では、ｕ（ｔ）をブレーキ指示に変換し、減速を行う。
【００３３】
次に、図３および図４を参照し、本発明が適用される車両走行制御システムのモデル例を説明する。
【００３４】
図３を参照すると、道路側のシステム（インフラストラクチャ）としては、車両が走行すべきコース１が予め定められている。コース１上には、車両が停車すべきＡ駅およびＢ駅が設けられている。先頭車（１号車）、２号車および３号車は、Ａ駅の定められた位置に止まっている。これらの車両は、隊列を組んで駅から駅へ移動してＢ駅の定められた位置に停止し、さらにＢ駅からＡ駅に移動する。コース１上には等間隔（例えば１ｍ）を開けて磁気ネイル（図示せず）が設けられている。また、Ａ駅およびＢ駅の所定距離手前には減速指示マーカ３が設けられている。
【００３５】
図４は車両側のシステム構成を示している。車両制御ＥＣＵ１０には、各センサ１２〜１４から車両走行状態を示す信号が入力される。車輪速センサ１２は車輪の回転数を検出する。磁気センサ１４は路上の磁気ネイルを検出する。車間距離センサ１６は例えばレーダ装置またはカメラであり、先行車両との車間距離を検出する。
【００３６】
車両制御ＥＣＵ１０は、車輪速センサ１２および磁気センサ１４からの入力信号を併用して、車両の位置ｒ（ｔ）および速度ｒ′（ｔ）を算出する。具体的には、車輪速センサ１２に基づいて車両の位置および速度を算出する。そして、算出結果が、磁気センサ１４からの検出信号を用いて補正される。
【００３７】
車両制御ＥＣＵ１０は、通信装置１８を利用して、他の車両との間で、車両位置および速度の情報を交換する。この交換情報を利用して、先行車および後続車の状態を知ることができ、車間距離も把握できる。なお、車間距離センサ１６は補助的に衝突回避などの用途に用いられる。
【００３８】
車両制御ＥＣＵ１０はステアリングＥＣＵ２０に制御信号を送り、両ＥＣＵによって操舵制御が行われる。ここでは、磁気ネイルの検出信号を基に、車両の進むべき方向が決定される。磁気ネイルを結ぶラインから離れずに車両が走行するのに必要な目標進行方向が求められる。目標進行方向が達成されるように、ステアリングアクチュエータ２２が制御され、車輪２３が転舵される。車両は、磁気ネイルを結ぶラインをトレースしながら走行する。
【００３９】
また、車両制御ＥＣＵ１０は、エンジンＥＣＵ２４およびブレーキＥＣＵ２８に制御信号を送り、これらのＥＣＵにより速度制御が行われる。エンジンＥＣＵ２４はエンジン２６の出力を制御し、車両を加速させる。ブレーキＥＣＵ２８は、ブレーキアクチュエータ３０を制御して油圧式の摩擦ブレーキ３２を作動させ、車両を減速させる。車両は、駅を出発してから加速し、そして定速走行に移行する。減速指示マーカ３が検出されると、減速制御を開始し、次の駅の所定位置で停止する。減速指示マーカ３は、磁気センサ１４または他のセンサを用いて検出される。
【００４０】
ここで、本発明は減速部分の制御に適用されており、その制御処理は図５に示されている。車両の発進より前に、リカッチ方程式により状態フィードバックゲインＫが計算されている（Ｓ１０）。偏差とシステム入力とのバランスが良好であり、入力量が大きくなりすぎないように、そして、入力の急激な変化が抑えられるように、適切なゲインＫが求められる。ゲインＫは予め算出され、車両制御ＥＣＵ１０内のメモリ（ＲＯＭなど）に格納されており、このゲインＫが後の制御に用いられる。
【００４１】
車両が発進すると（Ｓ１２）、所定の制御周期毎に、コース上の減速指示マーカが検知されたか否かが判断され（Ｓ１４）、検知されなければタイマＴを０にする（Ｓ１６）。
【００４２】
減速指示マーカが検知されると、タイマカウントアップ（Ｔ＝Ｔ＋１）が行われる（Ｓ１８）。そして、現在時間Ｔに対する目標位置Ｓ（ｔ）、目標車速ｖ（ｔ）が計算される（Ｓ３０）。好ましくは、予め図１、図２に示すマップが用意され、車両制御ＥＣＵ１０のメモリに格納されている。このマップから目標値を読みとればよい。
【００４３】
さらに、センサ検出信号から得られた実車両位置ｒ（ｔ）および実車速ｒ′（ｔ）を用いて、状態量Ｘ（ｔ）が計算される（Ｓ４０）。前述のように、Ｘ（ｔ）は、位置偏差ｘ１（ｔ）、速度偏差ｘ２（ｔ）、位置偏差積分ｘ３（ｔ）を含む。そして、状態量Ｘ（ｔ）とゲインＫから制御入力ｕ（ｔ）を計算する（Ｓ４２）。
【００４４】
制御入力ｕ（ｔ）から、Ｐ（ｔ）＝ｆ（ｕ（ｔ））により、ブレーキ装置の目標油圧（指示油圧）が求められる（Ｓ４４）。ｆは適当な関数を表す。状態方程式を参照すると、ｕ（ｔ）／ｍとｒ″（ｔ）から目標減速度が求められる。減速度とブレーキ油圧は対応するので、目標減速度を達成するのに適当な目標ブレーキ油圧Ｐ（ｔ）が求められる。減速度とブレーキ油圧の関係を表すマップを用意しておき、このマップから油圧を読みとることが好適である。
【００４５】
そして、Ｓ４４で算出されたブレーキ油圧Ｐ（ｔ）が発生するように、ブレーキアクチュエータが制御される（Ｓ４６）。実車速ｒ（ｔ）が０になったか否かが判断され（Ｓ４８）、ＮＯであればＳ１８に戻る。Ｓ４８がＹＥＳであれば、車両は、目標位置ライン（図１）に従って走行し、最終的に次の駅に定点・定刻に停車したので、制御を終了する。
【００４６】
本実施形態は、本発明の範囲内で任意の変形が可能なことはもちろんである。例えば、本実施形態では、エンジン（内燃機関）搭載車に本発明が適用されている。しかし、それ以外の任意のタイプの車両、例えば電気自動車、ハイブリッド自動車、電車などに本発明が適用されてもよい。
【００４７】
また本実施形態では自動操舵が行われたが、車両はレールなどに導かれて走行してもよい。
【００４８】
また、本実施形態では車輪速センサおよび磁気センサ（磁気ネイル検知）を用いて車両位置および車速を検出したが、他の任意の方法を用いて位置、速度が検出されてもよい。
【００４９】
また、本実施形態では減速の際に摩擦ブレーキが制御されたが、他の任意の減速装置が用いられてもよい。特に、エンジンブレーキやモータ回生制動などの原動機ブレーキを単独で使用し、あるいは摩擦ブレーキと併用することが、エネルギー効率の観点から好ましい。
【００５０】
「自車の制御誤差に対する修正」
次に、図６および図７を参照し、自車の制御に誤差が生じた場合の修正機能について説明する。
【００５１】
実際のシステムに本発明を適用した場合、強風などの外乱によって大幅な制御誤差が生じることがあり得る。そこで、図６に示すように、制御誤差の許容限界ｅ（ｔ）を定義する。Ｓ（ｔ）の上側と下側に、それぞれｅ（ｔ）が設定されている。
【００５２】
前述したように、目標位置Ｓ（ｔ）と実車両位置ｒ（ｔ）の偏差は、ｘ１（ｔ）＝Ｓ（ｔ）−ｒ（ｔ）である。図６の例に示すように、Ｓ（ｔ）とｒ（ｔ）が離れ、位置偏差ｘ１（ｔ）が大きくなり、時刻ｔ０でｘ１（ｔ０）がｅ（ｔ０）より大きくなったとする。
【００５３】
このとき、目標位置が再定義される（図６、ＳR（ｔ））。ここでは、ＳR（ｔ）が、（ｔ０，Ｓ０）と（Ｔ，Ｓ（Ｔ））を結ぶ２次曲線である。Ｓ０は、時刻ｔ０での実車両位置であり、Ｔは目標停止時刻である。
【００５４】
目標位置ＳR（ｔ）を用いて、目標車速も再定義する（ｖR（ｔ）＝ＳR′（ｔ））。そして、これらの目標値を用いて、状態量を計算し、以降の制御を行う。
【００５５】
図７には、上記の制御が示されている。Ｓ１０〜Ｓ３０のステップは、図５の同一符号が付されたステップと同じである。図７には、Ｓ３２およびＳ３４が追加されている。Ｓ３２では、位置偏差ｘ１（ｔ）が、制御誤差限界ｅ（ｔ）と比較される。ｅ（ｔ）≧｜ｘ１（ｔ）｜であれば、そのままＳ４０に進む。しかし、ｅ（ｔ）＜｜ｘ１（ｔ）｜であれば、Ｓ３４に進み、図６を用いて説明したように目標位置および目標速度を再定義する。そして、Ｓ（ｔ）＝ＳR（ｔ）、ｖ（ｔ）＝ｖR（ｔ）とし、Ｓ４０に進む。Ｓ４０以降の処理は、図５の処理と同じである。
【００５６】
以上のような処理により、自車の制御に誤差が生じた場合でも、適切な修正ができ、定点、定刻停止機能を維持できる。
【００５７】
なお、隊列の車間距離が約１０ｍであるとして、ｅ（ｔ）は例えば約１ｍである。このような高精度制御にも本実施形態は好適に適用される。
【００５８】
「先行車の制御誤差に対する修正」
次に、図８および図９を参照し、先行車の制御に誤差が生じた場合の修正が可能な、さらに改良された実施形態を説明する。
【００５９】
実際のシステムに本発明を適用した場合、たとえ自車両の制御が正確に行われていたとしても、先行車の制御に誤差が生じると、車間距離が予定からはずれ、隊列が乱れてしまう。交通システムの円滑な運行を確保するためにも、隊列の乱れは避けることが望ましい。そこで、本実施形態では以下の制御を行う。
【００６０】
図８の例を参照すると、隊列を形成する３台の車両（１〜３号車）は、それぞれ、時間に対する目標位置Ｓ1（ｔ）、Ｓ2（ｔ）、Ｓ3（ｔ）をもっている。制動開始時の１号車の位置をＳ1（０）＝０としている。ｔ≦０、すなわち定常速度走行中の車間距離は１０ｍに設定されており、図には示されないが定常走行速度は３５ｋｍ／ｈである。また、停止時（ｔ＝２０）の車間距離は１ｍに設定されている。
【００６１】
全車両が目標位置に従って走行できれば、車間距離は１０ｍから１ｍまで徐々に減少する。しかし、外乱などの要因で一の車両に制御誤差が生じると、その車両と後続車両の車間距離が縮まる。
【００６２】
このような場合に対処するため、本実施形態では以下のように先行車両との車間距離の許容下限値ｅｄ（ｔ）を設定する（危険想定車間距離）。
【００６３】
ここでは１号車および２号車に着目して説明する。時刻ｔにおける目標車間距離ｄ（ｔ）は、ｄ（ｔ）＝Ｓ1（ｔ）−Ｓ２（ｔ）で表される。このｄ（ｔ）を考慮して、図８の例に点線で示すように、下限車間距離ｅｄ（ｔ）を設定する。本実施形態では、適当に定められた下限設定係数ｋを用いて、ｅｄ（ｔ）＝ｋ・ｄ（ｔ０）と定義されている。
【００６４】
一方、実車間距離ｄｒ（ｔ）は、ｒ1（ｔ）−ｒ2（ｔ）である。制動制御中は、ｄｒ（ｔ）が下限車間距離ｅｄ（ｔ）と比較される。そして、ｄｒ（ｔ）が下限車間距離ｅｄ（ｔ）を下回ると、後続車の目標位置が再定義される。再定義では、車間距離が速やかに十分に大きくなり、かつ、その後の走行で停止地点に定刻に到達できるように、時間に対する目標位置が定められる。
【００６５】
図８の例では、２号車の制御は基本的に正確であるが、１号車の制御に誤差が生じた結果、時刻ｔ１で実車間距離ｄｒ（ｔ）が下限車間距離ｅｄ（ｔ）に達している。このとき、２号車の目標位置が再定義される（ＳRR（ｔ））。ＳRR（ｔ）は、所定時間ΔｔRで車間距離が目標値（ｄ（ｔ１＋ΔｔR））に回復するように設定されている。さらに、停車時刻Ｔに停止位置Ｓ（Ｔ）に到達できるように、ｔ１＋ΔｔRからＴまでの曲線が設定されている。時刻ｔ＝ｔ１、ｔ＝ｔ１＋ΔｔRでは、ショックの発生を防ぐため、前後の目標位置ラインが曲線で滑らかに接続されている。
【００６６】
さらに、目標位置ＳRR（ｔ）を用いて、目標車速も再定義する（ｖRR（ｔ）＝ＳRR′（ｔ））。そして、これらの目標値を用いて、状態量を計算し、以降の制御を行う。これにより、車間距離が回復し、隊列の乱れが速やかに解消する。
【００６７】
なお、図８の例において、１号車は、前述の自車の制御誤差の修正機能をもっている。従って、制御誤差が所定値に達すると、１号車は、自分の目標位置を再定義する。
【００６８】
また、３号車も２号車と同様の修正機能をもっている。従って、先行車としての２号車の制御誤差が生じた場合には、３号車の目標位置が再定義される。
【００６９】
さらには、図８において、２号車の目標位置の再定義に起因して、２号車−３号車間の車間距離が下限値を下回ることがあり得る。この場合には、３号車の目標位置も再定義される。
【００７０】
図９は、上記の制御処理を一般化して示している。Ｓ１０〜Ｓ１８のステップは、図５、図７の同一符号が付されたステップと同じである。図９には、Ｓ２０およびＳ２２が追加されている。Ｓ２０では、実車間距離ｄｒ（ｔ）が、下限車間距離ｅｄ（ｔ）と比較される。
【００７１】
車両制御ＥＣＵは、通信装置を使って、先行車の車両位置を取得している。先行車と自車の位置から実車間距離が算出される。また、車両制御ＥＣＵは、通信装置を使って、先行車の目標位置Ｓ1（ｔ）を取得している。従って、目標車間距離が分かり、この目標値から下限値ｅｄ（ｔ）＝ｋ・ｄ（ｔ）が算出される。
【００７２】
Ｓ２０において、ｄｒ（ｔ）≧ｅｄ（ｔ）であれば、そのままＳ３０に進む。しかし、ｄｒ（ｔ）＜ｅｄ（ｔ）であれば、Ｓ２２に進み、図８を用いて説明したように、目標位置および目標速度を再定義する。すなわち、所定時間ΔｔRで車間距離が速やかに増大し、その後に、最初に設定した定点、定刻停止ができるように、目標位置が再定義される（ＳRR（ｔ））。そして、Ｓ（ｔ）＝ＳRR（ｔ）、ｖ（ｔ）＝ｖRR（ｔ）とし、Ｓ３０に進む。Ｓ３０以降の処理は、図７の処理と同じである。
【００７３】
以上のような処理により、先行車の制御に誤差が生じた場合でも、適切な修正ができる。そして、定点、定刻停止機能を維持できるとともに、隊列が乱れるのを回避でき、隊列走行の円滑な運行を確保できる。
【００７４】
なお、本実施形態のように通信装置を車間距離検出手段の一部として使うことは好適であるが、他の任意の方法で車間距離を検出してもよく、例えば、自ら備え付けのセンサで車間距離を検出してもよい。
【００７５】
「状態フィードバックゲインＫの設定」
最後に、本発明の制御で用いられる状態フィードバックゲインＫの設定方法を説明する。ゲインＫは周知のＬＱ制御則に従って導出すればよく、例えば、ＬＱ制御は「システムと制御」（細江繁幸，オーム社，第１版，９７ページ〜）に開示されており、ここではその概略を述べる。
【００７６】
下記の状態方程式を考える。Ｘ（ｔ）はｎ次元状態ベクトル、ｕ（ｔ）はｍ次元制御ベクトル、Ａ，Ｂはｎ×ｎおよびｎ×ｍの定数行列である。
【００７７】
【数８】
Ｘ′（ｔ）＝ＡＸ（ｔ）＋Ｂｕ（ｔ）
そして、下記の評価関数Ｊ（Ｘ０）を最小化する状態フィードバック制御則ｕ（ｔ）＝−Ｋ・Ｘ（ｔ）を求める。Ｑ、Ｒは、それぞれ適当な次元の定数行列である。
【００７８】
【数９】

この問題の解を求めるために、ｎ×ｎ次の対象行列Ｐに関する代数方程式を考える。これがリカッチ（Ｒｉｃｃａｔｉ）方程式と呼ばれている。
【００７９】
【数１０】

さらに、
【数１１】

とおく。状態方程式を満たし、評価関数を最小化するフィードバックゲインＫは上記で与えられる。
【００８０】
本実施形態の場合は、状態方程式中のＸ（ｔ）は、前述のように（ｘ１（ｔ），ｘ２（ｔ），ｘ３（ｔ））である。ｘ１（ｔ），ｘ２（ｔ），ｘ３（ｔ）は、それぞれ、位置偏差、速度偏差、位置偏差積分である。また、Ａ、Ｂは、それぞれ下記行列である。ここで、ｍは車両重量である。
【００８１】
【数１２】

Ａ、Ｂは、状態変数Ｘに応じて左辺と右辺の関係から物理的に定まる。一方、評価関数中のＲ、Ｑは、制御シミュレーションおよび実車試験により試行錯誤の結果として求められる。例えばＲ、Ｑに下記の値を採用する。
【００８２】
【数１３】

これらの値を用いて求めたＫは、下記のようになる。このＫを制御装置に記憶しておいて、走行制御に使用する。
【００８３】
【数１４】
Ｋ＝［４５０３，６１５７，９８］
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、時間に対する車両走行位置の制御が可能となり、定点・定刻停止をはじめとする好ましい走行動作を実現できる。さらには、円滑な隊列走行を確保できるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御に用いられる「時間に対する目標車両位置」の定義例を示すブロック図である。
【図２】本発明の制御に用いられる「時間に対する目標車速」の定義例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態の交通システムの道路側の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態の交通システムの車載装置の構成を示す図である。
【図５】図４のシステムに係る、本発明が適用された減速制御を示すフローチャートである。
【図６】自車の制御に誤差が生じた場合の修正処理を示す図である。
【図７】図６の処理が適用された制御フローチャートである。
【図８】隊列走行中に先行車両の制御に誤差が生じた場合の修正処理を示す図である。
【図９】図８の処理が適用された制御フローチャートである。
【図１０】従来の自動走行制御に用いられるＰＩＤ制御用の「位置に対する目標速度のマップ」を示す図である。
【符号の説明】
１０車両制御ＥＣＵ、１２車輪速センサ、１４磁気センサ、１８通信装置、２８ブレーキＥＣＵ、３０ブレーキアクチュエータ。

Claims

予め定められた目標に従って隊列走行中の一車両である自車両を自動走行させる車両走行制御方法であって、
予め時間に対する目標位置を定義し、
前記時間に対する目標位置と、その時間における実走行位置との位置偏差を表す状態量を求め、
前記状態量が少なくなるように自車両の速度をフィードバック制御し、
隊列走行中の前方車両の、予め定義された時間に対する目標位置と、その時間における実走行位置との位置偏差を表す前方車両の状態量が所定値より大きくなったときに、自車両の時間に対する目標位置を再定義し、再定義された目標位置に基づいて自車両の走行を制御する、
ことを特徴とする車両走行制御方法。
予め定められた目標に従って隊列走行中の一車両である自車両を自動走行させる車両走行制御方法であって、
予め時間に対する目標位置を定義し、
前記時間に対する目標位置と、その時間における実走行位置との位置偏差を表す状態量を求め、
前記状態量が少なくなるように自車両速度をフィードバック制御し、
隊列走行中の前方車両との車間距離が所定値より小さくなったときに、自車両の時間に対する目標位置を再定義し、再定義された目標位置に基づいて自車両の走行を制御する、
ことを特徴とする車両走行制御方法。
請求項１または２に記載された車両走行制御方法であって、
前記再定義を行う際に、前記前方車両の時間に対する目標位置を取得し、これを用いて自車両の時間に対する目標位置の再定義を行う、
ことを特徴とする車両走行制御方法。
予め定められた目標に従って隊列走行中の一車両である自車両を自動走行させる車両走行制御方法であって、
予め時間に対する目標位置を定め定義し、
前記時間に対する目標位置と、その時間における実走行位置との位置偏差を表す状態量を求め、
前記状態量が少なくなるように自車両速度をフィードバック制御し、
自車両の前記状態量が所定値よりも大きくなったときに、自車両の時間に対する目標位置を再定義し、再定義された時間に対する目標位置に基づいて自車両の走行を制御する、
ことを特徴とする車両走行制御方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両走行制御方法であって、
さらに、予め時間に対する目標速度を定義し、
前記状態量は、前記時間に対する目標速度と、その時間における実速度の速度偏差を含み、
前記自車両の時間に対する目標位置を再定義する際に、前記時間に関する目標速度も再定義する、
ことを特徴とする車両走行制御方法。