JP3777970B2 - 先行車追従制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車間距離を一定に保ちながら先行車に追従する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
勾配路走行時のエンジンのスロットルバルブ開度、変速機のシフトポジションおよび車速により平坦路を走行したと仮定した場合の加減速度を推定するとともに、従動輪速度を微分して勾配路走行時の車両の実際の加減速度を検出し、実加減速度と推定加減速度との差の加減速度から勾配抵抗を推定し、推定勾配抵抗に基づいて車両の制動力を補正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１１−０９１３９６号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高速道路の道路勾配が大きく変化する区間では、勾配抵抗により各車両の走行速度が変動して交通密度に疎密が生じやすく、それにより交通流量が低下することがある。このような道路区間は一般に”サグ”と呼ばれており、渋滞が頻繁に発生する。一方、車速を一定に保つための車速制御装置（ＡＳＣＤ）を搭載した車両が普及しつつあり、サグ区間における車速変動を抑制して渋滞を緩和する効果が期待されている。しかし、実際には、高速道路を一定速度で走り続けることができる機会はそれほど多くはなく、先行車との車間距離を調整するたびに車速制御装置の作動、停止を繰り返すことになる。
【０００４】
そこで、先行車との車間距離を一定に保つための車間距離制御装置（ＡＣＣ）が開発され、市販車への搭載が始まっている。ところが、この車間距離制御装置では制御目標が車速から車間距離になるため、サグ区間においては勾配抵抗の影響を受けて車速変動が大きくなる。したがって、サグ区間においても平坦路と同じような追従特性を保つために、勾配抵抗を何らかの方法で補償する必要がある。上述した先行車追従制御装置（特開平１１−０９１３９６号公報）は、このような問題を解決するためになされたものであるが、車間距離制御を続けながら勾配抵抗を補償する方法を採っているため次のような問題が発生する。
【０００５】
上述した従来の先行車追従制御装置では、センサーやアクチュエーターの動作遅れのために、勾配路の入口や出口では正しい勾配抵抗の推定値が得られず、また推定値を直ちに制御に反映させることができない。その結果、一時的に大きな制御誤差が発生する。例えば平坦路から登坂路に変化する地点では車速が一時的に減少することになり、複数の車両が車間距離制御によって隊列走行しているときには、先行車の一時的な減速により車間距離が狭まって後続車も減速し、その上勾配抵抗によりさらに大きく減速することになる。この現象は隊列の後方の車両ほど大きくなる。逆に、降坂路に変化する地点では、後方の車両ほど加速後に大きく減速する現象が発生する。
【０００６】
このような車間距離制御における車速変動は車両乗員に違和感を与えるばかりでなく、交通流密度に局所的な疎密が発生するために渋滞を誘発するおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、勾配が変化する道路区間における先行車追従制御中の車速変動を抑制することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態の構成を示す図１に対応づけて本発明を説明すると、
（１） 請求項１の発明は、自車速を検出する自車速検出手段２と、先行車との車間距離を検出する車間距離検出手段１と、走行道路前方の勾配の変化を検出する勾配検出手段３と、先行車から勾配変化地点までの距離を演算する距離演算手段４と、先行車が存在してその先行車までの車間距離を一定に制御する車間距離制御中に、先行車が勾配変化地点から所定距離手前の地点に到達したときに、車間距離制御から車速検出値が目標車速になるように制御する車速制御へ切り換える制御切り換え手段４と、車間距離制御または車速制御を達成するための目標制駆動力を演算する制駆動力演算手段４と、目標制駆動力に基づいて車両の制駆動力を制御する制駆動力制御手段４とを備える。
（２） 請求項２の先行車追従制御装置は、車間距離制御から車速制御に切り換えられたときに、自車と先行車の加減速の状態に応じて目標車速を自車速または先行車の車速または自車速と先行車車速との中間値に設定する目標車速設定手段４を備える。
（３） 請求項３の先行車追従制御装置は、目標車速設定手段４によって、走行道路が上り勾配のときは目標車速を低減し、走行道路が下り勾配のときは目標車速を増加するようにしたものである。
（４） 請求項４の先行車追従制御装置は、制御切り換え手段４によって、勾配路における車速制御誤差が所定値以下の状態が所定時間以上継続したら車速制御から車間距離制御へ切り換えるようにしたものである。
（５） 請求項５の先行車追従制御装置は、制御切り換え手段４によって、先行車の加速度推定値が所定範囲内にある状態が所定時間以上継続したら車速制御から車間距離制御へ切り換えるようにしたものである。
（６） 請求項６の先行車追従制御装置は、制御切り換え手段４によって、車速制御中に先行車との車間距離が予め設定した車間距離に対する許容範囲を超えたら車間距離制御へ切り換えるようにしたものである。
（７） 請求項７の先行車追従制御装置は、走行道路が上り勾配のときは勾配傾斜角に応じて前記許容範囲を車間距離の小さい方へ拡大し、走行道路が下り勾配のときは勾配傾斜角に応じて前記許容範囲を車間距離の大きい方へ拡大するようにしたものである。
（８） 請求項８の先行車追従制御装置は、制駆動力演算手段４によって、車速制御から車間距離制御へ切り換えるときに、車速制御を達成するための目標制駆動力と車間距離制御を達成するための目標制駆動力とを加重加算平均して目標制駆動力を演算するとともに、車速制御の目標制駆動力に対する加重値を１から０へ連続的に変化させ、車間距離制御の目標制駆動力に対する加重値を０から１へ連続的に変化させるようにしたものである。
（９） 請求項９の先行車追従制御装置は、車間距離制御から車速制御へ切り換えるときに、目標車速で走り続ける仮想車両を先行車と同じ位置に生成し、その仮想車両に対して車間距離制御を行うことによって車速制御を実現する車速制御手段４を備える。
（１０） 請求項１０の先行車追従制御装置は、車速制御手段４による車速制御から車間距離制御に切り換えるときに、仮想車両との車間距離と実際の車間距離検出値とを加重加算平均して暫定車間距離検出値を演算するとともに、仮想車両との車間距離に対する加重値を１から０へ連続的に変化させ、実際の車間距離検出値に対する加重値を０から１へ連続的に変化させる車間距離制御手段４を備える。
【０００９】
上述した課題を解決するための手段の項では、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定されるものではない。
【００１０】
【発明の効果】
（１） 請求項１の発明によれば、先行車から勾配変化地点までの距離を演算し、先行車が存在してその先行車までの車間距離を一定に制御する車間距離制御中に、先行車が勾配変化地点から所定距離手前の地点に到達したときに、車間距離制御から車速制御へ切り換えるようにしたので、勾配が変化する道路区間における先行車追従制御中の車速変動を抑制することができ、特に、複数台が連なって走行しているときに勾配が変化しても、先行車の道路勾配変化に起因した車速変動が後方車両に増幅されて伝播する現象を防止することができる。つまり、先行車が勾配抵抗を受けて加減速する前に車速制御へ切り換えることができ、先行車の勾配抵抗による車速変化の影響を完全に排除することができる。したがって、サグ区間における渋滞発生や従来の車間距離制御における違和感を低減することができる。
（２） 請求項２の発明によれば、車間距離制御から車速制御に切り換えられたときに、自車と先行車の加減速の状態に応じて目標車速を自車速または先行車の車速または自車速と先行車車速との中間値に設定するようにしたので、不適切な車速設定によって車速制御中に車間距離が縮まり過ぎたり、逆に拡がり過ぎるような事態を避けることができる。
（３） 請求項３の発明によれば、走行道路が上り勾配のときは目標車速を低減し、走行道路が下り勾配のときは目標車速を増加するようにしたので、車速制御中の上り勾配路での車間距離の縮まり過ぎと、下り勾配路での車間距離の拡がり過ぎを防止することができる。
（４） 請求項４の発明によれば、勾配路における車速制御誤差が所定値以下の状態が所定時間以上継続したら車速制御から車間距離制御へ切り換えるようにしたので、自車の勾配抵抗の補償が終了してから車間距離制御へ切り換えられ、車間距離の補償と勾配抵抗の補償とを同時に行う必要がなくなり、自車両の加減速を最少限に抑制できる。
（５） 請求項５の発明によれば、先行車の加速度を推定し、先行車の加速度推定値が所定範囲内にある状態が所定時間以上継続したら車速制御から車間距離制御へ切り換えるようにしたので、先行車の勾配抵抗の補償が終了してから車間距離制御へ切り換えられ、先行車の車速変化の影響が少なくなり、自車両の加減速を最少限に抑制できる。
（６） 請求項６の発明によれば、車速制御中に先行車との車間距離が予め設定した車間距離に対する許容範囲を超えたら車間距離制御へ切り換えるようにしたので、先行車に接近し過ぎるか、あるいは離れ過ぎた場合に、危険や違和感が発生する前に車間距離制御に切り換えられ、先行車が予想以上に加減速した場面にも対応することができる。
（７） 請求項７の発明によれば、走行道路が上り勾配のときは勾配傾斜角に応じて車間距離に対する許容範囲を車間距離の小さい方へ拡大し、走行道路が下り勾配のときは勾配傾斜角に応じて前記許容範囲を車間距離の大きい方へ拡大するようにしたので、勾配路の情報を用いて先行車のおおよその速度変化の度合いを予測することができ、不必要に車速制御から車間距離制御へ切り換えるのを避けることができる。
（８） 請求項８の発明によれば、車速制御から車間距離制御へ切り換えるときに、車速制御を達成するための目標制駆動力と車間距離制御を達成するための目標制駆動力とを加重加算平均して目標制駆動力を演算するとともに、車速制御の目標制駆動力に対する加重値を１から０へ連続的に変化させ、車間距離制御の目標制駆動力に対する加重値を０から１へ連続的に変化させるようにしたので、車速制御と車間距離制御の目標制駆動力を連続的に切り換えることができ、制御の切り換え時に急峻な駆動力や制動力が発生するのを防止することができる。
（９） 請求項９の発明によれば、車間距離制御から車速制御へ切り換えるときに、目標車速で走り続ける仮想車両を先行車と同じ位置に生成し、その仮想車両に対して車間距離制御を行うことによって車速制御を実現するようにした。これにより、車間距離制御則をそのままにして、車間距離計測値を仮想車両との車間距離の演算値（初期車間距離に車速制御誤差の積分値を加えた値）に置き換えるだけで等価的に車速制御を実現することができ、車速制御から車間距離制御へ切り換えるときには仮想車両を実先行車に一致させるように動かせばよいから、車間距離制御の制御アルゴリズムを車速制御にほぼそのまま利用することができ、制御系のソフトウエア構成を簡略化することができる。
（１０） 請求項１０の発明によれば、車速制御から車間距離制御に切り換えるときに、仮想車両との車間距離と実際の車間距離検出値とを加重加算平均して暫定車間距離検出値を演算するとともに、仮想車両との車間距離に対する加重値を１から０へ連続的に変化させ、実際の車間距離検出値に対する加重値を０から１へ連続的に変化させるようにした。これにより、車速制御と車間距離制御の切り換え時に、急峻な駆動力や制動力が発生するのを防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は一実施の形態の車両への機器配置を示す図であり、図２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は車両前部に取り付けられ、車両前方にレーダー波を照射して先行車との車間距離を測定する。この車間距離センサー１には、レーザーレーダーやミリ波レーダーを用いることができる。車速センサー２はロータリーエンコーダーをホイールに取り付け、ホイールの回転速度に応じた周期のパルスを計測することによって車速を検出する。勾配路検出装置３は自車の進路前方の道路勾配の変化する地点を検出する。例えば、ＧＰＳ受信機と道路地図データベースを用いて自車の現在位置と走行道路を検出し、道路勾配変化地点を検出する。
【００１２】
走行制御コントローラー４はマイクロコンピューターとその周辺部品から構成され、車間距離センサー１、車速センサー２および勾配路検出装置３からの情報に基づいてスロットルバルブアクチュエーター５、変速機７およびブレーキアクチュエーター８を制御する。走行制御コントローラー４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に示す目標制駆動力演算部４ａ、勾配抵抗推定部４ｂ、制御目標生成部４ｃおよびアクチュエーター指令値演算部４ｄを構成する。これらの各部の詳細については後述する。
【００１３】
スロットルバルブアクチュエーター５は、走行制御コントローラー４からのスロットルバルブ開度指令にしたがってエンジン６のスロットルバルブ開度を調節し、車両の駆動力を制御する。変速機７は、走行制御コントローラー４からの変速比指令にしたがって変速比を変え、車両の駆動力を制御する。ブレーキアクチュエーター８は、走行制御コントローラー４からのブレーキ液圧指令にしたがってブレーキ液圧を調節し、車両の制動力を制御する。
【００１４】
図３は先行車追従制御プログラム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。走行制御コントローラー４は、先行車追従制御装置のメインスイッチ（不図示）が投入されるとこの制御プログラムを繰り返し実行する。
【００１５】
ステップ１で車間距離センサー１から車間距離計測値をメモリ（不図示）に取り込み、続くステップ２で車速センサー２から自車速計測値をメモリに取り込む。さらにステップ３では、自車前方の勾配路の傾斜角とその変化地点までの距離などの勾配路情報を勾配路検出装置３からメモリに取り込む。ステップ４において、図４に示す制御目標判定ルーチンを実行し、車間距離、自車速および勾配路情報に基づいて自車が採るべき制御目標、すなわち車速制御または車間距離制御、もしくはそれらの中間状態を判定し、判定結果の制御目標が現在の制御目標と異なる場合は制御目標を切り換えて目標制駆動力演算に反映させる（制御目標生成部４ｃ）。この制御目標の判定処理については後述する。
【００１６】
ステップ５でこの先行車追従制御プログラムの前回の実行時に算出された目標制駆動力、自車速および車両の走行モデルに基づいて、自車に作用している勾配抵抗を推定する（勾配抵抗推定部４ｂ）。具体的な推定方法については後述する。次に、ステップ６で判定結果の制御目標に対応する制御則にしたがって車間距離と自車速に基づいて目標制駆動力を演算し、推定した勾配抵抗により目標制駆動力を補正する（目標制駆動力演算部４ａ）。なお、この実施の形態では公知の車間距離制御の制御則と車速制御の制御則を採るものとし、これらの制御則の詳細な説明を省略する。
【００１７】
ステップ７において、目標制駆動力を達成するためのスロットルバルブ開度指令値、ブレーキ液圧指令値および変速比指令値を演算し、スロットルバルブアクチュエーター５、変速機７およびブレーキアクチュエーター８へ送る（アクチュエーター指令値演算部４ｄ）。なお、これらの指令値の演算方法については公知の方法を採るものとし、ここでは説明を省略する。
【００１８】
次に、勾配抵抗の推定方法について説明する。自車速をＶ、自車に作用する勾配抵抗をｆ、アクチュエーターへの指令値をｕとすると、自車速ｖ、勾配抵抗ｆおよび指令値ｕの間の関係を次式のようにモデル化することができる。
【数１】
数式１において、Ｐ１(s)はアクチュエーターのダイナミックスを表す伝達関数であり、例えば、
【数２】
のような伝達関数を想定することができる。数式２において、ｓはラプラス演算子である。また、Ｐ２(s)は車両に作用する力から自車速への伝達特性であり、車両の質量をＭとすると、
【数３】
となる。数式３において、ｓはラプラス演算子である。次に、数式１を変形して勾配抵抗ｆについて解くと、
【数４】
が得られるが、Ｐ２-1(s)はプロパーではないので、相対次数が１以上の厳密にプロパーなフィルターＨ(s)を導入し、以下のような信号を作って補正値とする。
【数５】
勾配抵抗による補正前のアクチュエーターの指令値をｒとし、補正後の指令値ｕを、
【数６】
とすると、自車速ｖ、勾配抵抗ｆおよび指令値ｕの間の関係は、
【数７】
となる。勾配抵抗はステップ的に変化するものと仮定すると、勾配抵抗の影響を漸近的に除去するためには、数式７の右辺第２項の伝達関数の零点を原点に配置すればよい。そのような条件を満たすＨ(s)としては、例えば、
【数８】
がある。ただし、ζ、ωは正の定数である。
【００１９】
次に、図４に示すフローチャートにより、制御目標判定処理を説明する。ステップ１１において車間距離制御中か否かを確認する。今、勾配が一定の道路において先行車が存在し、その先行車までの車間距離を一定に制御する車間距離制御中であるとする。車間距離制御中のときはステップ１２へ進み、勾配路検出装置３からの勾配路情報に基づいて先行車から勾配変化地点までの距離を演算し、車速制御に切り換えるか否かを判定する。なお、先行車から勾配変化地点までの距離は、自車から勾配変化地点までの距離から車間距離を減じて求めればよい。車間距離制御から車速制御への切り換えは、先行車から勾配変化地点までの距離が所定距離、例えば５０ｍに達したときに行うようにしてもよいし、あるいは先行車が勾配変化地点に到達するまでの時間が所定時間、例えば１．５secになったときに行うようにしてもよい。後者の場合は、先行車の車速に応じて車速制御へ切り換える距離が変化する。
【００２０】
このように、先行車が勾配変化地点から所定距離手前の地点に到達したとき、または先行車が勾配変化地点に到達するまでの時間が所定時間になったときに車間距離制御から車速制御に切り換えるようにしたので、先行車が勾配抵抗を受けて加減速する前に車速制御へ切り換えることができ、先行車の勾配抵抗による車速変化の影響を完全に排除することができる。
【００２１】
ステップ１２で勾配変化点が接近していない場合は車間距離制御を継続し、図３のステップ５ヘリターンする。一方、勾配変化地点が接近して車速制御へ切り換える場合はステップ１３へ進み、目標車速を設定して車間距離制御から車速制御へ制御目標を切り換える。ここで、切り換え時の自車速または先行車の車速を目標車速としてもよい。また、図５に示すように自車と先行車の加速度から適当な中間値を定めて目標車速としてもよい。加速度に応じて目標車速を設定すると、不適切な車速設定によって車速制御中に車間距離が縮まり過ぎたり、逆に拡がり過ぎるような事態を避けることができる。
【００２２】
図５において、先行車の加速度が正値で自車の加速度が負値、すなわち先行車が加速状態にあって自車が減速状態にあるときは自車速Ｖ１を目標車速に設定し、逆に、自車の加速度が正値で先行車の加速度が負値、すなわち先行車が減速状態にあって自車が加速状態にあるときは先行車の車速Ｖｆを目標車速に設定する。自車および先行車の加速度がほぼ０、すなわち自車および先行車が一定速度で走行しているときは自車速Ｖ１と先行車の車速Ｖｆの中間値（Ｖ１＋Ｖｆ）／２を目標車速とする。自車と先行車の加速度が共に正値または共に負値のときは、図示のように自車速側中間値（Ｖ１＋２Ｖｆ）／３または先行車側中間値（２Ｖｌ＋Ｖｆ）／３を目標車速に設定する。
【００２３】
また、勾配の傾斜角の値が分かる場合は、勾配傾斜角に応じて目標車速を補正することによって、より適切な車速目標を設定できる。例えば、急に傾斜角が大きくなる上りの勾配路では、先行車の車速減少が大きくなる。さらに、先行車が車速制御や車間距離制御により走行していない場合には、車速が低下したまま走り続けることがある。このようなときに勾配路に進入する前の先行車速度を目標車速に設定すると、勾配路に入ってからの先行車速度よりも早い目標車速が設定されるため、車間距離が詰まってしまう。逆に、急に傾斜角が大きくなる下りの勾配路では、必要以上に車間距離が大きくなる。いずれにしても、傾斜角の変化が大きい勾配路では運転者に違和感を与える。そこで、傾斜角の変化が大きく、大きな車速変動が予想される勾配路では、先行車の車速変動を考慮して目標車速を設定する。例えば、傾斜角が５％以上変化する地点では、傾斜角が１％大きくなるごとに上り勾配では１km／ｈずつ目標車速を低減し、下り勾配では１ｋｍ／ｈずつ目標を増加する。これにより、傾斜角の変化が大きい勾配路でも、運転者に違和感を与えるような車間距離変動が避けられる。
【００２４】
ステップ１３で車間距離制御から車速制御への切り換えが終了した場合はステップ１４へ進み、先行車との車間距離を監視する。車間距離が運転者に違和感を与えるほど詰まったり、逆に乖離したときはステップ１６へ進み、ふたたび車間距離制御へ切り換えて適切な車間距離を保つようにする。先行車が車速制御や車間距離制御により走行していない場合で、かつ運転者が車速の調整を行わない場合や前方が渋滞している場合には、車速制御から車間距離制御へ切り換える必要がある。一車速制御から車間距離制御への切り換え条件は、車速制御中に、予め設定された車間距離または車間時間（＝（車間距離）／（先行車速度または自車速））に対する許容範囲を超えたら車間距離制御へ切り換える。例えば、設定車間距離または設定車間時間よりも３０％以上短くなるか、あるいは５０％以上長くなったら車間距離制御へ切り換える。
【００２５】
このように、車速制御中に先行車との車間距離または車間時間が予め設定した車間距離または車間時間に対する許容範囲を超えたら、車間距離制御へ切り換える。これにより、先行車が加減速を行って予想以上に車間距離または車間時間が拡大または縮小しても、直ちに車間距離または車間時間を設定車間距離に戻すことができる。
【００２６】
ただし、勾配抵抗だけに起因するような自然な先行車の加減速に対して、車速制御から車間距離制御への切り換えが容易に発生するのは避けなければならない。そこで、勾配路の傾斜角が分かる場合には、先行車の車速変化を予測し、先行車の勾配抵抗だけに起因する自然な加減速に対しては車速制御から車間距離制御へ容易に切り換わらないように、車間距離または車間時間の上記許容範囲を補正する。今、一定速度で走行している先行車に車間時間ｈで車間距離制御する場合を考える。勾配路の傾斜角をθとすると、自車が車速制御に切り換え、先行車が車速の調整を行わずに走り続けた場合、自車が勾配路にさしかかったときの車間距離の変化は、
【数９】
と見積もることができる。数式９において、ｇは重力加速度である。
【００２７】
勾配抵抗の補償がどれくらい速く始まるかを想定して、数式９を目安に車間距離変化の許容量を設定することが考えられる。以下、図６により平坦路から勾配路へ変化する場合の車間距離許容量の設定例を説明する。補正前の車間距離許容範囲の下限値、すなわちそれ以上車間距離が小さくなったら車速制御から車間距離制御へ切り換えるしきい値を、目標車間時間のｋ１倍（ｋｌは０＜ｋ１＜１となるような適当な定数）として設定するものとすると、しきい値はｋ１・ｈ・ｖ0（ｖ0は目標車速）となる。勾配抵抗の補償遅れの許容の程度に相当する設計パラメーターｋ２を導入し、許容車間距離を、
【数１０】
と設定する。数式１０において、ｈ・ｖ０は先行車が勾配変化地点にさしかかる前の車間距離を表すので、ｋ２＝１ならば先行車が勾配補償を行わなかった場合に自車が勾配の変化地点に到達したときの車間距離に一致する。ｋ２を大きくすればより大きな減速も許容する方針になり、逆にｋ２を小さくすれば先行車がより迅速に勾配抵抗の補償を行わなければ車間距離制御に切り換えるという方針になる。補正前のしきい値と数式１０の新たな許容値とを比較し、数式１０が許容範囲に入るように値が小さい方を新たなしきい値として設定する。すなわち、補正後のしきい値Ｒthrを、
【数１１】
のように定める。これによって、先行車の多少の補償遅れは許容されるようにしきい値が補正されるので、不必要に車速制御から車間距離制御へ切り換わることは避けられる。下り勾配に変化する場合も同様にしてしきい値を補正することができる。
【００２８】
このように、走行道路が上り勾配のときは勾配傾斜角に応じて車間距離または車間時間の許容範囲を車間距離の小さい方へ拡大し、走行道路が下り勾配のときは勾配傾斜角に応じて上記許容範囲を車間距離の大きい方へ拡大する。これにより、勾配路の情報を用いて先行車のおおよその速度変化の度合いを予測することができ、不必要に車速制御から車間距離制御へ切り換えるのを避けることができる。
【００２９】
ステップ１４で先行車への異常接近または乖離がないと判定された場合はステップ１５へ進み、自車もしくは先行車の勾配抵抗の補償が終了したか否かを判別する。自車の勾配抵抗補償終了は、自車の車速制御誤差によって判定することができる。自動車速制御ＡＳＣＤの車速精度を目安として、許容制御誤差を例えば０．５ｋｍ/hのように適当に定める。また、継続時間は勾配抵抗推定器の性能から定める。勾配抵抗から自車までの伝達関数は上記数式７から、
【数１２】
である。この伝達関数のステップ応答は原点に零点が配置されているので、一度立ち上がった後に０に収束するはずである。応答が制御誤差の範囲外に出るまでの時間ｔｏと、制御誤差の範囲内に収まるまでの時間ｔｉを求め、ｔｏ＜ｔ〈ｔｉの範囲で適当な値を終了判定の継続時間として設定する。
【００３０】
このように、勾配路における車速制御誤差が所定値以下の状態が所定時間以上継続したら自車の勾配抵抗補償が終了したと判断し、車速制御から車間距離制御へ切り換えるようにした。これにより、自車の勾配抵抗の補償が終了してから車間距離制御へ切り換えることになるから、車間距離の補償と勾配抵抗の補償を同時に行う必要がなくなり、自車両の加減速を最少限に抑制できる。
【００３１】
一方、先行車の勾配抵抗補償終了は、先行車の加速度によって判定する。先行車の加速度は先行車の速度に対して、
【数１３】
のようなバンドパスフィルター処理を施せばおおよその値が推定できる。先行車の速度は自車速に相対速度を加えても得られる。相対速度はミリ波レーダーを用いれば直接計測が可能であるが、車間距離データに対して数式１３に示すようなバンドパスフィルター処理を施せば推定値が得られる。加速度の許容値としては、運転者の減速挙動の統計値と加速度推定系の性能などを参考に適当な値、例えば＋０．０５Ｇ〜−０．０５Ｇを設定し、また継続時間は自車速の補償終了判定のために設定した値と同様な値を設定すればよい。
【００３２】
このように、先行車の加速度を推定し、加速度推定値が許容範囲、例えば＋００５Ｇ〜−０．０５Ｇの範囲内にある状態が所定時間以上継続したら先行車の勾配抵抗補償が終了したと判断し、車速制御から車間距離制御に切り換える。これにより、先行車の勾配抵抗の補償が終了してから車間距離制御へ切り換えることになるので、先行車の車速変化の影響が少なくなり、自車両の加減速を最少限に抑制できる。
【００３３】
図４のステップ１５で勾配抵抗補償が終了したと判定された場合はステップ１６へ進み、そうでなければ車速制御のまま図３のステップ５ヘリターンする。図４のステップ１６では、車速制御から車間距離制御へ制御目標を切り換える。車間距離制御への切り換え判定後、直ちに車間距離制御の制御則へ切り換える方法も考えられるが、車速制御と車間距離制御の制御則の間にギャップが存在する場合には、急激な加減速を発生する可能性があって好ましくない。そこで、二つの制御則を連続的につなぐ過渡状態を設定することによって、滑らかな切り換えを実現する。
【００３４】
第１の方法は、二つの制御則を独立に計算しておいて両者の線形結合をとる方法である。ここで、車速制御に対応する制御入力をｕv、車間距離制御に対応する制御入力をｕdとする。また、０から１まで単調に増加する適当な時間関数ｃ(t)を考える。例えば、
【数１４】
のような関数とする。数式１４において、γは適当な正の定数である。過渡制御入力ｕtmpを、
【数１５】
のように発生させ、アクチュエーター指令値として決定する。このようにすれば車速制御と車間距離制御の制御入力ｕvとｕdの間にギャップが存在しても、γを適当に選べば滑らかに制御入力ｕvとｕdをつなぐことができる。
【００３５】
このように、車速制御から車間距離制御へ切り換えるときに、車速制御を達成するための制御入力（目標制駆動力）ｕvと車間距離制御を達成するための制御入力（目標制駆動力）ｕdとを加重加算平均してアクチュエーター指令値（目標制駆動力）を演算するとともに、車速制御の制御入力ｕｖに対する加重値を１から０へ連続的に変化させ、車間距離制御の制御入力ｕｄに対する加重値を０から１へ連続的に変化させる。これにより、車速制御と車間距離制御の目標制駆動力を連続的に切り換えることができ、制御の切り換え時に急峻な駆動力や制動力が発生するのを防止することができる。
【００３６】
第２の方法は、仮想車両を生成し、仮想車両に対して車間距離制御を続けるという方法がある。この方法を図７に基づいて説明する。この方法では、車速制御に切り換えるときに目標車速で走り続ける仮想車両を先行車と同じ位置に生成し、以後仮想車両に対して車間距離制御を行うことで車速制御を実現する。この方法によれば、車間距離制御則をそのままにして、車間距離計測値を仮想車両との車間距離の演算値（初期車間距離に車速制御誤差の積分値を加えた値）に置き換えるだけで、等価的に車速制御を実現することができる。車速制御から車間距離制御へ切り換えるときには、仮想車両を実先行車に一致させるように動かせばよい。一定速度で走り続ける仮想車両との車間距離をＲi、実際の車間距離計測値をＲとして、数式１４と同じ時間関数ｃ(t)を用いて以下のような暫定的な車間距離計測値Ｒcを演算する。
【数１６】
ｃ(t)が１になるまでこの暫定車間距離計測値Ｒcを用いて車間距離制御を行う、すなわち暫定車間距離計測値Ｒcが目標車間距離に一致するように車間距離制御を行えば、所定時間１／γの後には暫定車間距離計測値Ｒcが実際の車間距離計測値Ｒに一致し、通常の車間距離制御に切り換えることができる。
【００３７】
このように、車間距離制御から車速制御へ切り換えるときに、目標車速で走り続ける仮想車両を先行車と同じ位置に生成し、その仮想車両に対して車間距離制御を行うことによって車速制御を実現する。さらに、車速制御から車間距離制御へ切り換えるときに、仮想車両との車間距離と実際の車間距離計測値とを加重加算平均して暫定車間距離計測値を演算するとともに、仮想車両との車間距離に対する加重値を１から０へ連続的に変化させ、実際の車間距離計測値に対する加重値を０から１へ連続的に変化させる。これにより、車速制御と車間距離制御の切り換え時に、急峻な駆動力や制動力が発生するのを防止することができる上に、車間距離制御の制御アルゴリズムを車速制御にほぼそのまま利用することができ、制御系のソフトウエア構成を簡略化することができる。
【００３８】
図８および図９は、５台の車両からなる車群が上り勾配路に進入したときの各車両の速度変化をシミュレーションしたものであり、図８は従来の車間距離制御のみで走行した場合を示し、図９はこの実施の形態の車速制御と車間距離制御を切り換える方法で走行した場合を示す。図８、図９において、横軸は時間[sec]を示し、縦軸は各車両の走行速度［ｋｍ/h］を示す。これらの図から明らかなように、車間距離制御のみの場合は後続車ほど大きく減速するのに対し、この実施の形態のように車速制御と車間距離制御とを切り換える方法では、どの車両もほぼ同様な減速パターンになり、よりスムーズで違和感の少ない車両挙動を実現できる。
【００３９】
このように上述した一実施の形態によれば、勾配が変化する地点において、先行車の車速変動が後方車両に増幅されて伝播する現象を防止することができる。これにより、サグ区間における渋滞発生や従来の車間距離制御における違和感を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施の形態の車両への機器配置を示す図である。
【図２】 一実施の形態の構成を示す図である。
【図３】 先行車追従制御プログラムを示すフローチャートである。
【図４】 制御目標判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】 目標車速の設定例を示す図である。
【図６】 平坦路から勾配路へ変化する場合の車間距離許容量の設定例を説明する図である。
【図７】 車速制御から車間距離制御への制御則の切り換え方法を説明するための図である。
【図８】 従来の車間距離制御のみで走行した場合の、５台の車両からなる車群が上り勾配路に進入したときの各車両の速度変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】 車速制御と車間距離制御を切り換える方法で走行した場合の、５台の車両からなる車群が上り勾配路に進入したときの各車両の速度変化のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 車間距離センサー
２ 車速センサー
３ 勾配路検出装置
４ 走行制御コントローラー
４ａ 目標制駆動力演算部
４ｂ 勾配抵抗推定部
４ｃ 制御目標生成部
４ｄ アクチュエーター指令値演算部
５ スロットルバルブアクチュエーター
６ エンジン
７ 変速機
８ ブレーキアクチュエーター
【発明の属する技術分野】
本発明は、車間距離を一定に保ちながら先行車に追従する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
勾配路走行時のエンジンのスロットルバルブ開度、変速機のシフトポジションおよび車速により平坦路を走行したと仮定した場合の加減速度を推定するとともに、従動輪速度を微分して勾配路走行時の車両の実際の加減速度を検出し、実加減速度と推定加減速度との差の加減速度から勾配抵抗を推定し、推定勾配抵抗に基づいて車両の制動力を補正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１１−０９１３９６号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高速道路の道路勾配が大きく変化する区間では、勾配抵抗により各車両の走行速度が変動して交通密度に疎密が生じやすく、それにより交通流量が低下することがある。このような道路区間は一般に”サグ”と呼ばれており、渋滞が頻繁に発生する。一方、車速を一定に保つための車速制御装置（ＡＳＣＤ）を搭載した車両が普及しつつあり、サグ区間における車速変動を抑制して渋滞を緩和する効果が期待されている。しかし、実際には、高速道路を一定速度で走り続けることができる機会はそれほど多くはなく、先行車との車間距離を調整するたびに車速制御装置の作動、停止を繰り返すことになる。
【０００４】
そこで、先行車との車間距離を一定に保つための車間距離制御装置（ＡＣＣ）が開発され、市販車への搭載が始まっている。ところが、この車間距離制御装置では制御目標が車速から車間距離になるため、サグ区間においては勾配抵抗の影響を受けて車速変動が大きくなる。したがって、サグ区間においても平坦路と同じような追従特性を保つために、勾配抵抗を何らかの方法で補償する必要がある。上述した先行車追従制御装置（特開平１１−０９１３９６号公報）は、このような問題を解決するためになされたものであるが、車間距離制御を続けながら勾配抵抗を補償する方法を採っているため次のような問題が発生する。
【０００５】
上述した従来の先行車追従制御装置では、センサーやアクチュエーターの動作遅れのために、勾配路の入口や出口では正しい勾配抵抗の推定値が得られず、また推定値を直ちに制御に反映させることができない。その結果、一時的に大きな制御誤差が発生する。例えば平坦路から登坂路に変化する地点では車速が一時的に減少することになり、複数の車両が車間距離制御によって隊列走行しているときには、先行車の一時的な減速により車間距離が狭まって後続車も減速し、その上勾配抵抗によりさらに大きく減速することになる。この現象は隊列の後方の車両ほど大きくなる。逆に、降坂路に変化する地点では、後方の車両ほど加速後に大きく減速する現象が発生する。
【０００６】
このような車間距離制御における車速変動は車両乗員に違和感を与えるばかりでなく、交通流密度に局所的な疎密が発生するために渋滞を誘発するおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、勾配が変化する道路区間における先行車追従制御中の車速変動を抑制することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態の構成を示す図１に対応づけて本発明を説明すると、
（１） 請求項１の発明は、自車速を検出する自車速検出手段２と、先行車との車間距離を検出する車間距離検出手段１と、走行道路前方の勾配の変化を検出する勾配検出手段３と、先行車から勾配変化地点までの距離を演算する距離演算手段４と、先行車が存在してその先行車までの車間距離を一定に制御する車間距離制御中に、先行車が勾配変化地点から所定距離手前の地点に到達したときに、車間距離制御から車速検出値が目標車速になるように制御する車速制御へ切り換える制御切り換え手段４と、車間距離制御または車速制御を達成するための目標制駆動力を演算する制駆動力演算手段４と、目標制駆動力に基づいて車両の制駆動力を制御する制駆動力制御手段４とを備える。
（２） 請求項２の先行車追従制御装置は、車間距離制御から車速制御に切り換えられたときに、自車と先行車の加減速の状態に応じて目標車速を自車速または先行車の車速または自車速と先行車車速との中間値に設定する目標車速設定手段４を備える。
（３） 請求項３の先行車追従制御装置は、目標車速設定手段４によって、走行道路が上り勾配のときは目標車速を低減し、走行道路が下り勾配のときは目標車速を増加するようにしたものである。
（４） 請求項４の先行車追従制御装置は、制御切り換え手段４によって、勾配路における車速制御誤差が所定値以下の状態が所定時間以上継続したら車速制御から車間距離制御へ切り換えるようにしたものである。
（５） 請求項５の先行車追従制御装置は、制御切り換え手段４によって、先行車の加速度推定値が所定範囲内にある状態が所定時間以上継続したら車速制御から車間距離制御へ切り換えるようにしたものである。
（６） 請求項６の先行車追従制御装置は、制御切り換え手段４によって、車速制御中に先行車との車間距離が予め設定した車間距離に対する許容範囲を超えたら車間距離制御へ切り換えるようにしたものである。
（７） 請求項７の先行車追従制御装置は、走行道路が上り勾配のときは勾配傾斜角に応じて前記許容範囲を車間距離の小さい方へ拡大し、走行道路が下り勾配のときは勾配傾斜角に応じて前記許容範囲を車間距離の大きい方へ拡大するようにしたものである。
（８） 請求項８の先行車追従制御装置は、制駆動力演算手段４によって、車速制御から車間距離制御へ切り換えるときに、車速制御を達成するための目標制駆動力と車間距離制御を達成するための目標制駆動力とを加重加算平均して目標制駆動力を演算するとともに、車速制御の目標制駆動力に対する加重値を１から０へ連続的に変化させ、車間距離制御の目標制駆動力に対する加重値を０から１へ連続的に変化させるようにしたものである。
（９） 請求項９の先行車追従制御装置は、車間距離制御から車速制御へ切り換えるときに、目標車速で走り続ける仮想車両を先行車と同じ位置に生成し、その仮想車両に対して車間距離制御を行うことによって車速制御を実現する車速制御手段４を備える。
（１０） 請求項１０の先行車追従制御装置は、車速制御手段４による車速制御から車間距離制御に切り換えるときに、仮想車両との車間距離と実際の車間距離検出値とを加重加算平均して暫定車間距離検出値を演算するとともに、仮想車両との車間距離に対する加重値を１から０へ連続的に変化させ、実際の車間距離検出値に対する加重値を０から１へ連続的に変化させる車間距離制御手段４を備える。
【０００９】
上述した課題を解決するための手段の項では、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定されるものではない。
【００１０】
【発明の効果】
（１） 請求項１の発明によれば、先行車から勾配変化地点までの距離を演算し、先行車が存在してその先行車までの車間距離を一定に制御する車間距離制御中に、先行車が勾配変化地点から所定距離手前の地点に到達したときに、車間距離制御から車速制御へ切り換えるようにしたので、勾配が変化する道路区間における先行車追従制御中の車速変動を抑制することができ、特に、複数台が連なって走行しているときに勾配が変化しても、先行車の道路勾配変化に起因した車速変動が後方車両に増幅されて伝播する現象を防止することができる。つまり、先行車が勾配抵抗を受けて加減速する前に車速制御へ切り換えることができ、先行車の勾配抵抗による車速変化の影響を完全に排除することができる。したがって、サグ区間における渋滞発生や従来の車間距離制御における違和感を低減することができる。
（２） 請求項２の発明によれば、車間距離制御から車速制御に切り換えられたときに、自車と先行車の加減速の状態に応じて目標車速を自車速または先行車の車速または自車速と先行車車速との中間値に設定するようにしたので、不適切な車速設定によって車速制御中に車間距離が縮まり過ぎたり、逆に拡がり過ぎるような事態を避けることができる。
（３） 請求項３の発明によれば、走行道路が上り勾配のときは目標車速を低減し、走行道路が下り勾配のときは目標車速を増加するようにしたので、車速制御中の上り勾配路での車間距離の縮まり過ぎと、下り勾配路での車間距離の拡がり過ぎを防止することができる。
（４） 請求項４の発明によれば、勾配路における車速制御誤差が所定値以下の状態が所定時間以上継続したら車速制御から車間距離制御へ切り換えるようにしたので、自車の勾配抵抗の補償が終了してから車間距離制御へ切り換えられ、車間距離の補償と勾配抵抗の補償とを同時に行う必要がなくなり、自車両の加減速を最少限に抑制できる。
（５） 請求項５の発明によれば、先行車の加速度を推定し、先行車の加速度推定値が所定範囲内にある状態が所定時間以上継続したら車速制御から車間距離制御へ切り換えるようにしたので、先行車の勾配抵抗の補償が終了してから車間距離制御へ切り換えられ、先行車の車速変化の影響が少なくなり、自車両の加減速を最少限に抑制できる。
（６） 請求項６の発明によれば、車速制御中に先行車との車間距離が予め設定した車間距離に対する許容範囲を超えたら車間距離制御へ切り換えるようにしたので、先行車に接近し過ぎるか、あるいは離れ過ぎた場合に、危険や違和感が発生する前に車間距離制御に切り換えられ、先行車が予想以上に加減速した場面にも対応することができる。
（７） 請求項７の発明によれば、走行道路が上り勾配のときは勾配傾斜角に応じて車間距離に対する許容範囲を車間距離の小さい方へ拡大し、走行道路が下り勾配のときは勾配傾斜角に応じて前記許容範囲を車間距離の大きい方へ拡大するようにしたので、勾配路の情報を用いて先行車のおおよその速度変化の度合いを予測することができ、不必要に車速制御から車間距離制御へ切り換えるのを避けることができる。
（８） 請求項８の発明によれば、車速制御から車間距離制御へ切り換えるときに、車速制御を達成するための目標制駆動力と車間距離制御を達成するための目標制駆動力とを加重加算平均して目標制駆動力を演算するとともに、車速制御の目標制駆動力に対する加重値を１から０へ連続的に変化させ、車間距離制御の目標制駆動力に対する加重値を０から１へ連続的に変化させるようにしたので、車速制御と車間距離制御の目標制駆動力を連続的に切り換えることができ、制御の切り換え時に急峻な駆動力や制動力が発生するのを防止することができる。
（９） 請求項９の発明によれば、車間距離制御から車速制御へ切り換えるときに、目標車速で走り続ける仮想車両を先行車と同じ位置に生成し、その仮想車両に対して車間距離制御を行うことによって車速制御を実現するようにした。これにより、車間距離制御則をそのままにして、車間距離計測値を仮想車両との車間距離の演算値（初期車間距離に車速制御誤差の積分値を加えた値）に置き換えるだけで等価的に車速制御を実現することができ、車速制御から車間距離制御へ切り換えるときには仮想車両を実先行車に一致させるように動かせばよいから、車間距離制御の制御アルゴリズムを車速制御にほぼそのまま利用することができ、制御系のソフトウエア構成を簡略化することができる。
（１０） 請求項１０の発明によれば、車速制御から車間距離制御に切り換えるときに、仮想車両との車間距離と実際の車間距離検出値とを加重加算平均して暫定車間距離検出値を演算するとともに、仮想車両との車間距離に対する加重値を１から０へ連続的に変化させ、実際の車間距離検出値に対する加重値を０から１へ連続的に変化させるようにした。これにより、車速制御と車間距離制御の切り換え時に、急峻な駆動力や制動力が発生するのを防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は一実施の形態の車両への機器配置を示す図であり、図２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は車両前部に取り付けられ、車両前方にレーダー波を照射して先行車との車間距離を測定する。この車間距離センサー１には、レーザーレーダーやミリ波レーダーを用いることができる。車速センサー２はロータリーエンコーダーをホイールに取り付け、ホイールの回転速度に応じた周期のパルスを計測することによって車速を検出する。勾配路検出装置３は自車の進路前方の道路勾配の変化する地点を検出する。例えば、ＧＰＳ受信機と道路地図データベースを用いて自車の現在位置と走行道路を検出し、道路勾配変化地点を検出する。
【００１２】
走行制御コントローラー４はマイクロコンピューターとその周辺部品から構成され、車間距離センサー１、車速センサー２および勾配路検出装置３からの情報に基づいてスロットルバルブアクチュエーター５、変速機７およびブレーキアクチュエーター８を制御する。走行制御コントローラー４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に示す目標制駆動力演算部４ａ、勾配抵抗推定部４ｂ、制御目標生成部４ｃおよびアクチュエーター指令値演算部４ｄを構成する。これらの各部の詳細については後述する。
【００１３】
スロットルバルブアクチュエーター５は、走行制御コントローラー４からのスロットルバルブ開度指令にしたがってエンジン６のスロットルバルブ開度を調節し、車両の駆動力を制御する。変速機７は、走行制御コントローラー４からの変速比指令にしたがって変速比を変え、車両の駆動力を制御する。ブレーキアクチュエーター８は、走行制御コントローラー４からのブレーキ液圧指令にしたがってブレーキ液圧を調節し、車両の制動力を制御する。
【００１４】
図３は先行車追従制御プログラム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。走行制御コントローラー４は、先行車追従制御装置のメインスイッチ（不図示）が投入されるとこの制御プログラムを繰り返し実行する。
【００１５】
ステップ１で車間距離センサー１から車間距離計測値をメモリ（不図示）に取り込み、続くステップ２で車速センサー２から自車速計測値をメモリに取り込む。さらにステップ３では、自車前方の勾配路の傾斜角とその変化地点までの距離などの勾配路情報を勾配路検出装置３からメモリに取り込む。ステップ４において、図４に示す制御目標判定ルーチンを実行し、車間距離、自車速および勾配路情報に基づいて自車が採るべき制御目標、すなわち車速制御または車間距離制御、もしくはそれらの中間状態を判定し、判定結果の制御目標が現在の制御目標と異なる場合は制御目標を切り換えて目標制駆動力演算に反映させる（制御目標生成部４ｃ）。この制御目標の判定処理については後述する。
【００１６】
ステップ５でこの先行車追従制御プログラムの前回の実行時に算出された目標制駆動力、自車速および車両の走行モデルに基づいて、自車に作用している勾配抵抗を推定する（勾配抵抗推定部４ｂ）。具体的な推定方法については後述する。次に、ステップ６で判定結果の制御目標に対応する制御則にしたがって車間距離と自車速に基づいて目標制駆動力を演算し、推定した勾配抵抗により目標制駆動力を補正する（目標制駆動力演算部４ａ）。なお、この実施の形態では公知の車間距離制御の制御則と車速制御の制御則を採るものとし、これらの制御則の詳細な説明を省略する。
【００１７】
ステップ７において、目標制駆動力を達成するためのスロットルバルブ開度指令値、ブレーキ液圧指令値および変速比指令値を演算し、スロットルバルブアクチュエーター５、変速機７およびブレーキアクチュエーター８へ送る（アクチュエーター指令値演算部４ｄ）。なお、これらの指令値の演算方法については公知の方法を採るものとし、ここでは説明を省略する。
【００１８】
次に、勾配抵抗の推定方法について説明する。自車速をＶ、自車に作用する勾配抵抗をｆ、アクチュエーターへの指令値をｕとすると、自車速ｖ、勾配抵抗ｆおよび指令値ｕの間の関係を次式のようにモデル化することができる。
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
【００１９】
次に、図４に示すフローチャートにより、制御目標判定処理を説明する。ステップ１１において車間距離制御中か否かを確認する。今、勾配が一定の道路において先行車が存在し、その先行車までの車間距離を一定に制御する車間距離制御中であるとする。車間距離制御中のときはステップ１２へ進み、勾配路検出装置３からの勾配路情報に基づいて先行車から勾配変化地点までの距離を演算し、車速制御に切り換えるか否かを判定する。なお、先行車から勾配変化地点までの距離は、自車から勾配変化地点までの距離から車間距離を減じて求めればよい。車間距離制御から車速制御への切り換えは、先行車から勾配変化地点までの距離が所定距離、例えば５０ｍに達したときに行うようにしてもよいし、あるいは先行車が勾配変化地点に到達するまでの時間が所定時間、例えば１．５secになったときに行うようにしてもよい。後者の場合は、先行車の車速に応じて車速制御へ切り換える距離が変化する。
【００２０】
このように、先行車が勾配変化地点から所定距離手前の地点に到達したとき、または先行車が勾配変化地点に到達するまでの時間が所定時間になったときに車間距離制御から車速制御に切り換えるようにしたので、先行車が勾配抵抗を受けて加減速する前に車速制御へ切り換えることができ、先行車の勾配抵抗による車速変化の影響を完全に排除することができる。
【００２１】
ステップ１２で勾配変化点が接近していない場合は車間距離制御を継続し、図３のステップ５ヘリターンする。一方、勾配変化地点が接近して車速制御へ切り換える場合はステップ１３へ進み、目標車速を設定して車間距離制御から車速制御へ制御目標を切り換える。ここで、切り換え時の自車速または先行車の車速を目標車速としてもよい。また、図５に示すように自車と先行車の加速度から適当な中間値を定めて目標車速としてもよい。加速度に応じて目標車速を設定すると、不適切な車速設定によって車速制御中に車間距離が縮まり過ぎたり、逆に拡がり過ぎるような事態を避けることができる。
【００２２】
図５において、先行車の加速度が正値で自車の加速度が負値、すなわち先行車が加速状態にあって自車が減速状態にあるときは自車速Ｖ１を目標車速に設定し、逆に、自車の加速度が正値で先行車の加速度が負値、すなわち先行車が減速状態にあって自車が加速状態にあるときは先行車の車速Ｖｆを目標車速に設定する。自車および先行車の加速度がほぼ０、すなわち自車および先行車が一定速度で走行しているときは自車速Ｖ１と先行車の車速Ｖｆの中間値（Ｖ１＋Ｖｆ）／２を目標車速とする。自車と先行車の加速度が共に正値または共に負値のときは、図示のように自車速側中間値（Ｖ１＋２Ｖｆ）／３または先行車側中間値（２Ｖｌ＋Ｖｆ）／３を目標車速に設定する。
【００２３】
また、勾配の傾斜角の値が分かる場合は、勾配傾斜角に応じて目標車速を補正することによって、より適切な車速目標を設定できる。例えば、急に傾斜角が大きくなる上りの勾配路では、先行車の車速減少が大きくなる。さらに、先行車が車速制御や車間距離制御により走行していない場合には、車速が低下したまま走り続けることがある。このようなときに勾配路に進入する前の先行車速度を目標車速に設定すると、勾配路に入ってからの先行車速度よりも早い目標車速が設定されるため、車間距離が詰まってしまう。逆に、急に傾斜角が大きくなる下りの勾配路では、必要以上に車間距離が大きくなる。いずれにしても、傾斜角の変化が大きい勾配路では運転者に違和感を与える。そこで、傾斜角の変化が大きく、大きな車速変動が予想される勾配路では、先行車の車速変動を考慮して目標車速を設定する。例えば、傾斜角が５％以上変化する地点では、傾斜角が１％大きくなるごとに上り勾配では１km／ｈずつ目標車速を低減し、下り勾配では１ｋｍ／ｈずつ目標を増加する。これにより、傾斜角の変化が大きい勾配路でも、運転者に違和感を与えるような車間距離変動が避けられる。
【００２４】
ステップ１３で車間距離制御から車速制御への切り換えが終了した場合はステップ１４へ進み、先行車との車間距離を監視する。車間距離が運転者に違和感を与えるほど詰まったり、逆に乖離したときはステップ１６へ進み、ふたたび車間距離制御へ切り換えて適切な車間距離を保つようにする。先行車が車速制御や車間距離制御により走行していない場合で、かつ運転者が車速の調整を行わない場合や前方が渋滞している場合には、車速制御から車間距離制御へ切り換える必要がある。一車速制御から車間距離制御への切り換え条件は、車速制御中に、予め設定された車間距離または車間時間（＝（車間距離）／（先行車速度または自車速））に対する許容範囲を超えたら車間距離制御へ切り換える。例えば、設定車間距離または設定車間時間よりも３０％以上短くなるか、あるいは５０％以上長くなったら車間距離制御へ切り換える。
【００２５】
このように、車速制御中に先行車との車間距離または車間時間が予め設定した車間距離または車間時間に対する許容範囲を超えたら、車間距離制御へ切り換える。これにより、先行車が加減速を行って予想以上に車間距離または車間時間が拡大または縮小しても、直ちに車間距離または車間時間を設定車間距離に戻すことができる。
【００２６】
ただし、勾配抵抗だけに起因するような自然な先行車の加減速に対して、車速制御から車間距離制御への切り換えが容易に発生するのは避けなければならない。そこで、勾配路の傾斜角が分かる場合には、先行車の車速変化を予測し、先行車の勾配抵抗だけに起因する自然な加減速に対しては車速制御から車間距離制御へ容易に切り換わらないように、車間距離または車間時間の上記許容範囲を補正する。今、一定速度で走行している先行車に車間時間ｈで車間距離制御する場合を考える。勾配路の傾斜角をθとすると、自車が車速制御に切り換え、先行車が車速の調整を行わずに走り続けた場合、自車が勾配路にさしかかったときの車間距離の変化は、
【数９】
【００２７】
勾配抵抗の補償がどれくらい速く始まるかを想定して、数式９を目安に車間距離変化の許容量を設定することが考えられる。以下、図６により平坦路から勾配路へ変化する場合の車間距離許容量の設定例を説明する。補正前の車間距離許容範囲の下限値、すなわちそれ以上車間距離が小さくなったら車速制御から車間距離制御へ切り換えるしきい値を、目標車間時間のｋ１倍（ｋｌは０＜ｋ１＜１となるような適当な定数）として設定するものとすると、しきい値はｋ１・ｈ・ｖ0（ｖ0は目標車速）となる。勾配抵抗の補償遅れの許容の程度に相当する設計パラメーターｋ２を導入し、許容車間距離を、
【数１０】
【数１１】
【００２８】
このように、走行道路が上り勾配のときは勾配傾斜角に応じて車間距離または車間時間の許容範囲を車間距離の小さい方へ拡大し、走行道路が下り勾配のときは勾配傾斜角に応じて上記許容範囲を車間距離の大きい方へ拡大する。これにより、勾配路の情報を用いて先行車のおおよその速度変化の度合いを予測することができ、不必要に車速制御から車間距離制御へ切り換えるのを避けることができる。
【００２９】
ステップ１４で先行車への異常接近または乖離がないと判定された場合はステップ１５へ進み、自車もしくは先行車の勾配抵抗の補償が終了したか否かを判別する。自車の勾配抵抗補償終了は、自車の車速制御誤差によって判定することができる。自動車速制御ＡＳＣＤの車速精度を目安として、許容制御誤差を例えば０．５ｋｍ/hのように適当に定める。また、継続時間は勾配抵抗推定器の性能から定める。勾配抵抗から自車までの伝達関数は上記数式７から、
【数１２】
【００３０】
このように、勾配路における車速制御誤差が所定値以下の状態が所定時間以上継続したら自車の勾配抵抗補償が終了したと判断し、車速制御から車間距離制御へ切り換えるようにした。これにより、自車の勾配抵抗の補償が終了してから車間距離制御へ切り換えることになるから、車間距離の補償と勾配抵抗の補償を同時に行う必要がなくなり、自車両の加減速を最少限に抑制できる。
【００３１】
一方、先行車の勾配抵抗補償終了は、先行車の加速度によって判定する。先行車の加速度は先行車の速度に対して、
【数１３】
【００３２】
このように、先行車の加速度を推定し、加速度推定値が許容範囲、例えば＋００５Ｇ〜−０．０５Ｇの範囲内にある状態が所定時間以上継続したら先行車の勾配抵抗補償が終了したと判断し、車速制御から車間距離制御に切り換える。これにより、先行車の勾配抵抗の補償が終了してから車間距離制御へ切り換えることになるので、先行車の車速変化の影響が少なくなり、自車両の加減速を最少限に抑制できる。
【００３３】
図４のステップ１５で勾配抵抗補償が終了したと判定された場合はステップ１６へ進み、そうでなければ車速制御のまま図３のステップ５ヘリターンする。図４のステップ１６では、車速制御から車間距離制御へ制御目標を切り換える。車間距離制御への切り換え判定後、直ちに車間距離制御の制御則へ切り換える方法も考えられるが、車速制御と車間距離制御の制御則の間にギャップが存在する場合には、急激な加減速を発生する可能性があって好ましくない。そこで、二つの制御則を連続的につなぐ過渡状態を設定することによって、滑らかな切り換えを実現する。
【００３４】
第１の方法は、二つの制御則を独立に計算しておいて両者の線形結合をとる方法である。ここで、車速制御に対応する制御入力をｕv、車間距離制御に対応する制御入力をｕdとする。また、０から１まで単調に増加する適当な時間関数ｃ(t)を考える。例えば、
【数１４】
【数１５】
【００３５】
このように、車速制御から車間距離制御へ切り換えるときに、車速制御を達成するための制御入力（目標制駆動力）ｕvと車間距離制御を達成するための制御入力（目標制駆動力）ｕdとを加重加算平均してアクチュエーター指令値（目標制駆動力）を演算するとともに、車速制御の制御入力ｕｖに対する加重値を１から０へ連続的に変化させ、車間距離制御の制御入力ｕｄに対する加重値を０から１へ連続的に変化させる。これにより、車速制御と車間距離制御の目標制駆動力を連続的に切り換えることができ、制御の切り換え時に急峻な駆動力や制動力が発生するのを防止することができる。
【００３６】
第２の方法は、仮想車両を生成し、仮想車両に対して車間距離制御を続けるという方法がある。この方法を図７に基づいて説明する。この方法では、車速制御に切り換えるときに目標車速で走り続ける仮想車両を先行車と同じ位置に生成し、以後仮想車両に対して車間距離制御を行うことで車速制御を実現する。この方法によれば、車間距離制御則をそのままにして、車間距離計測値を仮想車両との車間距離の演算値（初期車間距離に車速制御誤差の積分値を加えた値）に置き換えるだけで、等価的に車速制御を実現することができる。車速制御から車間距離制御へ切り換えるときには、仮想車両を実先行車に一致させるように動かせばよい。一定速度で走り続ける仮想車両との車間距離をＲi、実際の車間距離計測値をＲとして、数式１４と同じ時間関数ｃ(t)を用いて以下のような暫定的な車間距離計測値Ｒcを演算する。
【数１６】
【００３７】
このように、車間距離制御から車速制御へ切り換えるときに、目標車速で走り続ける仮想車両を先行車と同じ位置に生成し、その仮想車両に対して車間距離制御を行うことによって車速制御を実現する。さらに、車速制御から車間距離制御へ切り換えるときに、仮想車両との車間距離と実際の車間距離計測値とを加重加算平均して暫定車間距離計測値を演算するとともに、仮想車両との車間距離に対する加重値を１から０へ連続的に変化させ、実際の車間距離計測値に対する加重値を０から１へ連続的に変化させる。これにより、車速制御と車間距離制御の切り換え時に、急峻な駆動力や制動力が発生するのを防止することができる上に、車間距離制御の制御アルゴリズムを車速制御にほぼそのまま利用することができ、制御系のソフトウエア構成を簡略化することができる。
【００３８】
図８および図９は、５台の車両からなる車群が上り勾配路に進入したときの各車両の速度変化をシミュレーションしたものであり、図８は従来の車間距離制御のみで走行した場合を示し、図９はこの実施の形態の車速制御と車間距離制御を切り換える方法で走行した場合を示す。図８、図９において、横軸は時間[sec]を示し、縦軸は各車両の走行速度［ｋｍ/h］を示す。これらの図から明らかなように、車間距離制御のみの場合は後続車ほど大きく減速するのに対し、この実施の形態のように車速制御と車間距離制御とを切り換える方法では、どの車両もほぼ同様な減速パターンになり、よりスムーズで違和感の少ない車両挙動を実現できる。
【００３９】
このように上述した一実施の形態によれば、勾配が変化する地点において、先行車の車速変動が後方車両に増幅されて伝播する現象を防止することができる。これにより、サグ区間における渋滞発生や従来の車間距離制御における違和感を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施の形態の車両への機器配置を示す図である。
【図２】 一実施の形態の構成を示す図である。
【図３】 先行車追従制御プログラムを示すフローチャートである。
【図４】 制御目標判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】 目標車速の設定例を示す図である。
【図６】 平坦路から勾配路へ変化する場合の車間距離許容量の設定例を説明する図である。
【図７】 車速制御から車間距離制御への制御則の切り換え方法を説明するための図である。
【図８】 従来の車間距離制御のみで走行した場合の、５台の車両からなる車群が上り勾配路に進入したときの各車両の速度変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】 車速制御と車間距離制御を切り換える方法で走行した場合の、５台の車両からなる車群が上り勾配路に進入したときの各車両の速度変化のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 車間距離センサー
２ 車速センサー
３ 勾配路検出装置
４ 走行制御コントローラー
４ａ 目標制駆動力演算部
４ｂ 勾配抵抗推定部
４ｃ 制御目標生成部
４ｄ アクチュエーター指令値演算部
５ スロットルバルブアクチュエーター
６ エンジン
７ 変速機
８ ブレーキアクチュエーター
Claims (10)
- 自車速を検出する自車速検出手段と、
先行車との車間距離を検出する車間距離検出手段と、
走行道路前方の勾配の変化を検出する勾配検出手段と、
先行車から勾配変化地点までの距離を演算する距離演算手段と、
先行車が存在してその先行車までの車間距離を一定に制御する車間距離制御中に、先行車が勾配変化地点から所定距離手前の地点に到達したときに、車間距離制御から車速検出値が目標車速になるように制御する車速制御へ切り換える制御切り換え手段と、
車間距離制御または車速制御を達成するための目標制駆動力を演算する制駆動力演算手段と、
目標制駆動力に基づいて車両の制駆動力を制御する制駆動力制御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１に記載の先行車追従制御装置において、
車間距離制御から車速制御に切り換えられたときに、自車と先行車の加減速の状態に応じて目標車速を自車速または先行車の車速または自車速と先行車車速との中間値に設定する目標車速設定手段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に記載の先行車追従制御装置において、
前記目標車速設定手段は、走行道路が上り勾配のときは目標車速を低減し、走行道路が下り勾配のときは目標車速を増加することを特徴とする先行車追従制御装置。 - 請求項１に記載の先行車追従制御装置において、
前記制御切り換え手段は、勾配路における車速制御誤差が所定値以下の状態が所定時間以上継続したら車速制御から車間距離制御へ切り換えることを特徴とする先行車追従制御装置。 - 請求項４に記載の先行車追従制御装置において、
先行車の加速度を推定する加速度推定手段を備え、
前記制御切り換え手段は、先行車の加速度推定値が所定範囲内にある状態が所定時間以上継続したら車速制御から車間距離制御へ切り換えることを特徴とする先行車追従制御装置。 - 請求項１に記載の先行車追従制御装置において、
前記制御切り換え手段は、車速制御中に先行車との車間距離が予め設定した車間距離に対する許容範囲を超えたら車間距離制御へ切り換えることを特徴とする先行車追従制御装置。 - 請求項６に記載の先行車追従制御装置において、
走行道路が上り勾配のときは勾配傾斜角に応じて前記許容範囲を車間距離の小さい方へ拡大し、走行道路が下り勾配のときは勾配傾斜角に応じて前記許容範囲を車間距離の大きい方へ拡大することを特徴とする先行車追従制御装置。 - 請求項１，４，５，６のいずれかの項に記載の先行車追従制御装置において、
前記制駆動力演算手段は、車速制御から車間距離制御へ切り換えるときに、車速制御を達成するための目標制駆動力と車間距離制御を達成するための目標制駆動力とを加重加算平均して目標制駆動力を演算するとともに、車速制御の目標制駆動力に対する加重値を１から０へ連続的に変化させ、車間距離制御の目標制駆動力に対する加重値を０から１へ連続的に変化させることを特徴とする先行車追従制御装置。 - 請求項１，４，５，６のいずれかの項に記載の先行車追従制御装置において、
車間距離制御から車速制御へ切り換えるときに、目標車速で走り続ける仮想車両を先行車と同じ位置に生成し、その仮想車両に対して車間距離制御を行うことによって車速制御を実現する車速制御手段を備えることを特徴とする先行車追従制御装置。 - 請求項９に記載の先行車追従制御装置において、
前記車速制御手段による車速制御から車間距離制御に切り換えるときに、前記仮想車両との車間距離と実際の車間距離検出値とを加重加算平均して暫定車間距離検出値を演算するとともに、仮想車両との車間距離に対する加重値を１から０へ連続的に変化させ、実際の車間距離検出値に対する加重値を０から１へ連続的に変化させる車間距離制御手段を備えることを特徴とする先行車追従制御装置。
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