JP2000313246A - 先行車追従制御装置 - Google Patents

先行車追従制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 先行車追従制御中に長時間連続してブレーキ
が作動するのを防止する。 【解決手段】 先行車との車間距離を目標車間距離に一
致させるための目標車速を演算し、車速を目標車速に一
致させるための目標駆動力および目標制動力を演算し、
エンジンおよび制動装置を制御する先行車追従制御装置
であって、制動装置の制動力を時間積分し、制動力の時
間積分値ｂＰが予め設定した基準値ＫbPを越えたら追従
制御を解除する。これにより、急な下り坂などでエンジ
ンブレーキ力と機械式ブレーキ力とを併用して制動しな
がら先行車に追従走行する場合に、機械式ブレーキが長
時間連続して作動し続け、フェード状態に至るのを防ぐ
ことができる。

Description

【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ながら追従す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】車速をその目標値に一致さ
せるために、自動ブレーキにより負の駆動力を発生させ
るようにした車速制御装置が知られている（例えば、特
開平８−１６９２５２号公報参照）。この種の車速制御
装置を、先行車との車間距離を一定に保ちながら先行車
に追従する先行車追従制御装置に応用し、車間距離制御
性能を向上させることが考えられる。
【０００３】ところが、上述した車速制御装置を先行車
追従制御に応用すると、長い下り坂でも一定の車間距離
を維持しようとして長い時間連続してブレーキを作動さ
せるおそれがある。
【０００４】本発明の目的は、先行車追従制御中に長時
間連続してブレーキが作動するのを防止することにあ
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目標車間距離に一致させるた
めの目標車速を演算し、車速を目標車速に一致させるた
めの目標駆動力および目標制動力を演算し、エンジンお
よび制動装置を制御する先行車追従制御装置であって、
制動装置の制動力を時間積分する制動力積分手段と、制
動力の時間積分値が予め設定した基準値を越えたら追従
制御を解除する追従制御解除手段とを備える。 （２） 請求項２の先行車追従制御装置は、制動力積分
手段によって、制動装置に対する目標ブレーキ液圧を時
間積分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、制動力積分
手段によって、制動装置のブレーキ液圧を検出し、その
検出値を時間積分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、基準値に、
所定のブレーキ液圧で制動装置を作動させた時にブレー
キパッドの温度が所定値に達するまでのブレーキ液圧の
時間積分値を設定す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、追従制御解
除手段によって、エンジンを停止した後に再始動するま
で追従制御の復帰を許可しないようにしたものである。
【０００６】
【発明の効果】（１） 請求項１の発明によれば、制動
装置の制動力の時間積分値が予め設定した基準値を越え
たら追従制御を解除するようにしたので、急な下り坂な
どでエンジンブレーキ力と機械式ブレーキ力とを併用し
て制動しながら先行車に追従走行する場合に、機械式ブ
レーキが長時間連続して作動し続け、フェード状態に至
るのを防ぐことができる。 （２） 請求項２の発明によれば、制動装置に対する目
標ブレーキ液圧を時間積分するようにしたので、請求項
１の上記効果に加え、制動力やブレーキ液圧を検出する
ためのセンサーを設置する必要がなく、装置を安価に実
現できる。 （３） 請求項３の発明によれば、制動装置のブレーキ
液圧を検出し、その検出値を時間積分するようにしたの
で、請求項１と同様な効果が得られる。 （４） 請求項４の発明によれば、基準値に、所定のブ
レーキ液圧で制動装置を作動させた時にブレーキパッド
の温度が所定値に達するまでのブレーキ液圧の時間積分
値を設定するようにしたので、ブレーキフェード現象の
発生を正確に判断することができる。 （５） 請求項５の発明によれば、エンジンを停止した
後に再始動するまで追従制御の復帰を許可しないように
したので、ブレーキフェード現象の発生を確実に防止で
きる。
【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。車間距離検出用センサー１は、レーザービー
ムを車両前方の左右方向に走査して先行車からの反射光
を受光する。なお、電波や超音波により車間距離を計測
するセンサーを用いてもよい。車速検出用センサー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
周期のパルス信号を出力する。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は変速比信号に応
じて変速比を変える。なお、自動変速機４の代わりに無
段変速機を用いてもよい。制動装置６は負圧ブースター
式ブレーキアクチュエーターを備え、車両に制動力を発
生させる。
【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、先行車との車間距離
と相対速度に基づいて目標車速を求め、自車速が目標車
速に一致するように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、５
０、５１を構成する。
【０００９】図２において、測距信号処理部１１は、車
間距離検出用センサー１によって自車両の前方に検出さ
れる物体を先行車と認識し、レーザー光を照射してから
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Ｌを検出する。なお、前方に複数の先行車
がいる場合には、例えば自車両と同一車線上の最至近に
ある車両を追従すべき先行車に特定して車間距離Ｌを演
算する。この先行車の特定方法についてはすでに公知で
あるから詳細な説明を省略する。車速信号処理部２１
は、車速検出用センサー２からのパルス信号の周期を計
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Ｌと自車速ＶS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、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ＶSに応じた目標車間距離Ｌ
*を設定する。
【００１１】車速制御部５１は、駆動力演算部５１１、
駆動力分配制御部５１２、スロットル制御部５１３およ
びブレーキ制御部５１４を備え、自車速ＶSが目標車速
Ｖ*となるように車両の制駆動力および変速比を制御す
る。駆動力演算部５１１は、自車速Ｖsを目標車速Ｖ*と
するための目標駆動力Ｆor*を演算する。駆動力分配制
御部５１２は、目標駆動力Ｆor*を駆動力（目標スロッ
トルバルブ開度Ｔhr*）と制動力（目標ブレーキ液圧Ｐb
rk*）に分配してスロットル制御部５１３とブレーキ制
御部５１４へ出力する。スロットル制御部５１３は目標
スロットルバルブ開度Ｔhr*に応じてスロットルアクチ
ュエーター３のスロットルバルブ開度を調節し、ブレー
キ制御部５１４は目標ブレーキ液圧Ｐbrk*に応じて制動
装置６のブレーキ液圧を調節する。
【００１２】次に、一実施の形態の車間距離制御系と車
速制御系について説明する。 《車間距離制御系》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を次式で定義
する。
【数１】
【数２】 ここで、ＶTは先行車の車速、ＶSは自車速である。ま
た、制御入力（コントローラーの出力）をΔＶ*とし次
式で定義する。
【数３】
【００１４】車間距離Ｌは次式で与えられる。
【数４】 ここで、Ｌoは車間距離Ｌの初期値である。車速サーボ
系は、例えば次式のように目標車速Ｖ*に対して実際の
車速ＶSが一次遅れで近似できる。
【数５】 ここで、τvは車速サーボ系の時定数である。
【００１５】先行車車速ＶT＝一定と仮定すると、数式
１、３、５により次式が得られる。
【数６】 さらに、目標車間距離Ｌ*＝一定とすると、数式２、４
により次式が得られる。
【数７】 したがって、システムの状態方程式は次式のように記述
できる。
【数８】
【００１６】制御入力ｕ（ΔＶ*）を、
【数９】 で与えると、状態フィードバックが施されたシステムの
状態方程式は次式のように表される。
【数１０】
【数１１】 また、システムの特性方程式は次式で表される。
【数１２】
【００１７】上述した車速サーボ系の伝達特性に基づ
き、車間距離ＬをＬ*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ｆd、ｆvを設
定する。
【数１３】
【数１４】
【数１５】
【００１８】したがって、車間距離制御を行うための目
標車速Ｖ*は数式３、９から次式が導かれる。
【数１６】
【００１９】《車速制御系》車速制御系は、道路勾配変
動などの外乱に強い制御系とするために、例えば、外乱
推定器であるロバスト補償器と、全体の応答特性を規範
モデルの応答特性に一致させるモデルマッチング補償器
とにより構成される、ロバストモデルマッチング制御手
法を用いて設計する。図３にその制御ブロック図を示
す。
【００２０】ロバスト補償器は、制御対象のモデル化誤
差や走行抵抗などの外乱を推定し補正することによっ
て、実際の特性を線形モデルＧv(s)に一致させる制御系
を構成することができる。Ｈ(s)は外乱除去性能を決め
るロバストフィルターで、例えば次式のようにする。
【数１７】 ここで、τcは時定数である。
【００２１】モデルマッチング補償器は、フィードフォ
ワード部の規範モデルＲ2(s)で入出力の応答特性を、フ
ィードバック部の規範モデルＲ1(s)で外乱除去性能と安
定性を決める。例えば、次式に示すようなローパスフィ
ルターで構成する。
【数１８】
【数１９】 制御対象である車両の線形近似モデルＧv(s)は、積分特
性で次式となる。
【数２０】 ここで、Ｍは車両重量である。
【００２２】以上から、目標駆動力Ｆor*は次のように
求めることができる。
【数２１】
【数２２】 なお、負の目標駆動力Ｆor*は目標制動力である。
【００２３】図４は、目標スロットルバルブ開度Ｔhr*
と目標ブレーキ液圧Ｐbrk*の演算方法を示す図である。
まず、目標駆動力Ｆor*から目標エンジントルクＴer*へ
変換する。
【数２３】 ここで、Ｒtはタイヤの有効半径、Ｇmは自動変速機４の
ギア比、Ｇfはファイナルギア比である。
【００２４】なお、負の目標エンジントルクＴer*は制
動トルクであり、この実施の形態ではスロットルバルブ
全閉時のエンジンブレーキトルクにより実現するが、エ
ンジンブレーキトルクだけでは制動トルクが不足する場
合は制動装置６による機械式ブレーキを併用する。
【００２５】目標スロットルバルブ開度Ｔhr*は、予め
設定したエンジントルクとエンジン回転速度［rpm］に
対するスロットルバルブ開度の非線形補償マップから、
目標エンジントルクＴer*とエンジン回転速度Ｎeに対応
する目標スロットルバルブ開度Ｔhr*を表引き演算して
求める。
【００２６】一方、目標ブレーキ液圧Ｐbrk*は、演算結
果の目標スロットルバルブ開度Ｔhr*が０の時に、次の
ようにして演算する。すなわち、予め設定したエンジン
回転速度に対するスロットルバルブ全閉時のエンジント
ルクマップから、エンジン回転速度Ｎeに対応するスロ
ットル全閉時のエンジントルクＴe0を求め、目標エンジ
ントルクＴer*からスロットル全閉時のエンジントルク
Ｔe0を差し引いて目標ブレーキ液圧Ｐbrk*を演算する。
【数２４】 ここで、Ａbはホイールシリンダ面積、Rbはディスク有
効半径、μbはパッド摩擦係数である。
【００２７】次に、一実施の形態のブレーキフェードの
発生防止法を説明する。上述した追従制御装置では、先
行車との車間距離が縮まった場合や下り坂などで追従走
行した場合には、減速するための負の目標駆動力が算出
される。この時、エンジンブレーキだけでは減速力が不
足するような場合には、さらに制動装置６による機械式
ブレーキを併用することになる。特に急な下り坂では、
路面勾配による加速に打ち勝って先行車との車間距離を
一定に保つために、大きな負の駆動力を必要とし、機械
式ブレーキを長時間連続してかけ続ける可能性がある。
機械式ブレーキを長時間連続して作動させると、ブレー
キが加熱してききが悪くなる、いわゆるブレーキフェー
ド現象を引き起こし、ブレーキ力が低下して先行車との
車間距離を一定に保つことができなくなる上に、通常走
行時のブレーキ性能にも影響を与えるおそれがある。
【００２８】そこで、この実施の形態では、制動装置６
による機械式ブレーキの長時間の連続使用状態を検出
し、フェード現象を発生する可能性がある場合には追従
制御を解除してブレーキフェードの発生を防止する。
【００２９】ブレーキフェード現象が発生する可能性が
ある機械式ブレーキの使用状態は、例えば目標ブレーキ
液圧Ｐbrk*を出力している継続時間に基づいて次の手順
で判断する。まず、ブレーキパッドの温度がフェード状
態の時の温度のおよそ１／２に達するまでの時間を一意
に定め、この時間を基準とする。この基準時間は、ブレ
ーキ液圧一定で制動した場合の温度上昇を実験的に計測
し、代表値を求める。例えば、図５に示すように、一般
的な材質のブレーキパッドのフェード温度は７００〜８
００℃であるから、その半分の４００℃まで上昇する時
間を計測し、代表値を基準時間ｔoとする。また、この
計測時のブレーキ液圧Ｐには、例えば通常よく使用され
る０．３〜０．５Ｇの車両減速度が発生する値Ｐoを用
いる。
【００３０】次に、基準時間ｔoの計測で用いたブレー
キ液圧Ｐ＝Ｐoを基準時間ｔoだけ積分し、連続ブレーキ
操作量の基準値ＫbPを定める。ブレーキパッドの発熱は
ブレーキ力（制動力）と制動時間に比例し、ブレーキ力
はブレーキ液圧に比例するから、高い液圧をかけ続けた
場合はブレーキパッドの温度上昇が早く、低い液圧をか
け続けた場合はブレーキパッドの温度上昇が遅い。した
がって、ブレーキ液圧を時間積分することによって、ブ
レーキ力（制動力）に応じたブレーキパッドの温度上昇
を予測することができる。
【００３１】実際の追従制御中におけるブレーキフェー
ド現象の発生を判断するには、追従制御中の目標ブレー
キ液圧Ｐbrk＊を時間積分し、連続ブレーキ操作量の上
記基準値ＫbPと比較する。そして、目標ブレーキ液圧Ｐ
brk*の時間積分値ｂＰが基準値ＫbPよりも大きくなった
らフェード現象が発生する可能性が高いと判断し、追従
制御を解除する。なお、目標ブレーキ液圧Ｐbrk*の時間
積分は目標ブレーキ液圧Ｐbrk*が０でない時だけ行い、
目標ブレーキ液圧Ｐbrk*が０の時に積分値ｂＰをリセッ
トする。
【００３２】例えば、図６に示すように、期間ｔ00〜ｔ
01とｔ10〜ｔ11において目標ブレーキ液圧Ｐbrk*が０を
越えたとすると、各期間ごとに目標ブレーキ液圧Ｐbrk*
を時間積分し、積分値ｂＰが上記基準値ＫbPを越えたら
追従制御を解除する。図６の例では時刻ｔ11において、
目標ブレーキ液圧の時間積分値ｂＰが基準値ＫbPを越え
たため、追従制御を解除している。なお、時刻ｔ01では
目標ブレーキ液圧Ｐbrk*が０となるため、いったん積分
値ｂＰをリセットする。そして、ふたたびＰbrk*＞０と
なる時刻ｔ10から目標ブレーキ液圧Ｐbrk*の積分を再開
する。
【００３３】目標ブレーキ液圧Ｐbrk＊の積分値が基準
値よりも大きくなり、フェード現象が発生する可能性が
高いと判断して追従制御を解除した後は、少なくとも一
度エンジンを停止し、エンジンを再始動するまでは追従
制御の復帰を許可しないようにする。
【００３４】図７は、一実施の形態のフェード発生防止
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。追従制
御コントローラー５は、追従制御中にこのフェード発生
防止プログラムを繰り返し実行する。ステップ１で目標
ブレーキ液圧Ｐbrk*が０を越えたらステップ２へ進み、
目標ブレーキ液圧Ｐbrk*を時間積分する。なお、目標ブ
レーキ液圧Ｐbrk*は他のプログラムにより上述した方法
で演算される。
【００３５】ステップ３において、目標ブレーキ液圧Ｐ
brk*の時間積分値ｂＰを上述した基準値ＫbPと比較し、
積分値ｂＰが基準値ＫbPを越えたらステップ４へ進み、
追従制御を解除する。そして、ステップ５でイグニッシ
ョンキースイッチ（不図示）によりエンジンが停止され
たか否かを確認し、エンジンが停止されたらステップ６
へ進み、再びエンジンが始動されたか否かを確認する。
エンジンが再始動されたらステップ７へ進み、追従制御
の復帰を許可する。
【００３６】ステップ３で目標ブレーキ液圧Ｐbrk*の積
分値ｂＰが基準値ＫbP以下の場合はステップ８へ進み、
目標ブレーキ液圧Ｐbrk*が０かどうかを確認する。目標
ブレーキ液圧Ｐbrk*が０の場合はステップ９へ進み、目
標ブレーキ液圧積分値ｂＰを０にリセットしてステップ
１へ戻り、上記処理を繰り返す。また、目標ブレーキ液
圧Ｐbrk*が０でない場合はステップ２へ戻り、目標ブレ
ーキ液圧Ｐbrk*の積分を続ける。
【００３７】このように、ブレーキ液圧一定で制動した
ときのブレーキパッドの温度上昇時間に基づいて、ブレ
ーキフェード現象の発生を判断するための連続ブレーキ
操作量の基準値ＫbPを設定し、追従制御中の目標ブレー
キ液圧Ｐbrk*の積分値ｂＰが基準値ＫbPを超えたらブレ
ーキフェード現象が発生する可能性が高いと判断し、追
従制御を解除するようにしたので、急な下り坂などでエ
ンジンブレーキ力と機械式ブレーキ力とを併用して制動
しながら先行車に追従走行する場合に、機械式ブレーキ
が長時間連続して作動し続け、フェード状態に至るのを
防ぐことができる。
【００３８】なお、連続ブレーキ操作量の基準値ＫbP
を、推定した路面勾配に応じて補正するようにしてもよ
い。例えば、路面勾配が急な下り坂では、通常走行する
場合でも機械式ブレーキの使用頻度が多くなるため、追
従制御を解除した後でも十分なブレーキ性能の余裕を残
しておく必要がある。そこで、予め設定した連続ブレー
キ操作量の基準値ＫbPを小さく補正し、早めに追従制御
を解除する。路面の勾配は傾斜計などにより直接検出し
てもよいし、ナビゲーション装置により現在地の道路勾
配を検出してもよい。
【００３９】また、上述した実施の形態では、目標ブレ
ーキ液圧Ｐbrk＊が０でない時に目標ブレーキ液圧Ｐbrk
＊を時間積分してフェード現象の発生判断を行う例を示
したが、ブレーキパッドの冷却を考慮して、目標ブレー
キ液圧Ｐbrk＊が０になっても積分値をリセットせず、
所定時間内の目標ブレーキ液圧Ｐbrk＊の時間積分値の
累積値に基づいてフェード現象の発生判断を行うように
してもよい。
【００４０】さらに、上述した実施の形態では目標ブレ
ーキ液圧Ｐbrk＊を時間積分する例を示したが、ブレー
キ液圧を実際に検出し、ブレーキ液圧検出値を時間積分
してもよい。
【００４１】以上の実施の形態の構成において、追従制
御コントローラー５が制動力積分手段および追従制御解
除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】 追従制御コントローラーの構成を示す図であ
る。
【図３】 車速制御系の構成を示す図である。
【図４】 目標スロットルバルブ開度と目標ブレーキ液
圧の演算方法を示す図である。
【図５】 目標ブレーキ操作量の基準値ＫbPを決定方法
を説明するための図である。
【図６】 追従制御中におけるブレーキフェードの発生
判断方法を説明するための図である。
【図７】 一実施の形態のフェード発生防止プログラム
を示すフローチャートである。
【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 追従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 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 ５１ 車速制御部 ５１１ 駆動力演算部 ５１２ 駆動力分配制御部 ５１３ スロットル制御部 ５１４ ブレーキ制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D041 AA41 AA71 AB01 AC01 AC26 AD00 AD12 AD47 AD50 AD51 AE04 AE41 AF01 3D044 AA04 AA11 AA14 AA25 AB01 AC00 AC13 AC26 AC57 AC59 AD04 AD21 AE04 AE07 AE21 3D046 BB18 EE01 GG02 HH16 HH20 JJ00 KK08

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】先行車との車間距離を目標車間距離に一致
    させるための目標車速を演算し、車速を目標車速に一致
    させるための目標駆動力および目標制動力を演算し、エ
    ンジンおよび制動装置を制御する先行車追従制御装置で
    あって、 前記制動装置の制動力を時間積分する制動力積分手段
    と、 制動力の時間積分値が予め設定した基準値を越えたら追
    従制御を解除する追従制御解除手段とを備えることを特
    徴とする先行車追従制御装置。
  2. 【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、 前記制動力積分手段は前記制動装置に対する目標ブレー
    キ液圧を時間積分することを特徴とする先行車追従制御
    装置。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の先行車追従制御装置にお
    いて、 前記制動力積分手段は、前記制動装置のブレーキ液圧を
    検出し、その検出値を時間積分することを特徴とする先
    行車追従制御装置。
  4. 【請求項４】請求項２または請求項３に記載の先行車追
    従制御装置において、 前記基準値は、所定のブレーキ液圧で前記制動装置を作
    動させた時にブレーキパッドの温度が所定値に達するま
    でのブレーキ液圧の時間積分値であることを特徴とする
    先行車追従制御装置。
  5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかの項に記載の先行
    車追従制御装置において、 前記追従制御解除手段は、エンジンを停止した後に再始
    動するまで追従制御の復帰を許可しないことを特徴とす
    る先行車追従制御装置。
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