JP2015020503A - 車両用走行制御装置及び隊列走行制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、複数の車群が併走している状態でも、車線変更をすることをより容易に実行可能にすることを目的としている。
「第1実施形態」
(構成)
車両は、制動力を発生する制動装置、及び駆動力(駆動トルク)を発生する駆動装置を備える。
制動装置は、図1に示すように、車輪13に設けられるブレーキ装置10と、その各ブレーキ装置10に接続する配管を含む流体圧回路11と、ブレーキコントローラ6Aとを備える。ブレーキコントローラ6Aは、上記流体圧回路15を介して各ブレーキ装置10で発生する制動力を、制動力指令値に応じた値に制御する。ブレーキ装置10は、流体圧で制動力を付与する装置に限定されず、電動ブレーキ装置等であっても良い。
上記ブレーキコントローラ6Aとエンジンコントローラ6Bは、それぞれ上位コントローラである走行制御コントローラ5からの制動指令、駆動指令の各指令値(制駆動力制御量)を受け付ける構成とする。ブレーキコントローラ6Aとエンジンコントローラ6Bは、加減速制御装置を構成する。
制御作動用スイッチ1は、隊列走行制御、先行車追従走行制御(ACC走行制御)を含む自動走行制御の作動の開始指示及び終了指示、または走行制御の設定車速の変更指示を行うための操作子である。この制動作動用スイッチの状態は、走行制御コントローラ5に出力される。制御作動用スイッチ1は、例えばステアリングホイールに設けられている。
ここで、隊列走行は、同一車線を走行する複数の車両と隊列走行の車群を形成して走行する。車群を構成する車両台数は、例えば原則5台つづに設定されている。したがって、隊列可能な車両が8台の場合には、2つの車群となって隊列走行することになる。
外界認識装置3は、予め設定した範囲において、自車両前方に存在する先行車両を認識し、その認識した先行車両の状態として、当該先行車両の有無及び走行状態を検出を検出する。検出した先行車両の状態に関する情報は、走行制御コントローラ5に出力される。外界認識装置3は、例えばレーザ距離計やカメラによって構成する。外界認識装置3は、路面の状況を認識するこうせいであっても良い。
走行制御コントローラ5は、制御作動用スイッチ1がON(制御作動要求)であると判定した場合には、制御作動用スイッチ1の作動状態と、車輪速センサ2からの信号に基づく自車速と、外界認識装置3が検出した先行車両の走行状態に関する情報と、通信装置4が取得した識別情報とに基づき、先行車両に対する追従走行や隊列走行のための走行制御を行う。
目標応答特性算出部5Dは、先行車両の加減速度に対して、どのような応答特性とするかを算出する。目標応答特性算出部5Dは、先行車車速・減速度推定部5Cが算出した先行車両の車速度推定値と先行車両加減速度推定値と、制御状態設定部5Aから取得した追従時の目標車間時間の設定値を基に、目標応答特性を算出する。ここで、追従時におけるACC制御時の目標車間時間は運転者のスイッチ操作により選択可能としている。複数台で群を形成して走行する隊列走行と判定した場合は、目標車間時間の設定値は固定とするが、選択可能としても良い。
目標加減速度算出部5Fは、目標車速算出部5Eが算出した目標車速を基に、目標加減速度を算出し、算出した目標加減速度を車速指令値算出部5Gへ出力する。
車速指令値算出部5Gは、目標加減速度算出部5Fが算出した目標加減速度に対し加減速度の変化率リミッタを付加し、そのリミッタ処理をした目標加減速度から車速指令値を算出する。そして、車速指令値算出部5Gで算出された車速指令値は、車速サーボ演算部5Jで使用される。
自車両前方の予め設定した先方距離内に先行車両が存在しないなど、先行車両非追従時の場合は、設定された設定車速が制駆動制御の車速指令値となる。
隊列走行判定処理部5Nは、通信装置4による車車間通信によって、先行車両や後続車両と自車隊列番号IDの授受を行い、隊列状態の判定を行う。隊列走行判定処理部5Nは、自車隊列番号IDの初期値を「0」とし、先行車両が存在しないか、先行車両が存在していても、その先行車両と連結しない場合には、自車隊列番号IDを「1」とする。具体的には、隊列走行判定処理部5Nは、先行車両に連結要求信号を出力し、その連結要求信号に対して先行車両から連結許可信号を受信した場合には、先行車から受信した先行車の自車隊列番号IDに「1」を足した値を自車の自車隊列番号IDとする。一方、隊列走行判定処理部5Nは、先行車両に連結要求信号を出力し、その連結要求信号に対して先行車両から連結非許可信号を受信した場合には、自車の自車隊列番号IDを、初期値の「1」に設定する。先行車両から連結非許可信号が出力される場合とは、例えば先行車両が隊列の最後尾の車両と認識している場合である。例えば、隊列の台数を5台とした場合、先行車両の自車隊列番号IDが「5」となっている場合には、後続車両に対して連結非許可信号を出力する。また、隊列走行中であれば、自車隊列番号IDが「2」以上であれば、先行車両に追従するように走行制御を実行するように走行制御が実行される。また本実施形態では、自車隊列番号IDが「1」で先頭車両であっても、前方に他の車群の最後尾の車両が先行車両となっている場合には、その先行車両に対して車間時間制御を行う。
トルク配分制御演算部5Kは、車速サーボ演算部5Jが演算した目標加減速度に応じたエンジントルク、ブレーキトルクのトルク配分を演算する。そして、分配されたトルクを、それぞれエンジントルク演算部5L及び、ブレーキ液圧演算部5Mへ出力する。
ブレーキ液圧演算部5Mは、トルク配分制御演算部5Kで配分されたトルクを達成するためのブレーキ液圧指令値を算出し、算出したブレーキ液圧指令値をブレーキコントローラ6Aに出力する。
ここで、走行制御コントローラ5は、上位の制御部本体(不図示)で、ACC追従制御及び隊列走行制御を実行するか判定し、実行開始と判定すると、追従制御に係わる処理を開始する。
次に、ステップS20では、自車速Vを算出する。本実施形態では、通常走行時には、例えば後輪駆動の車両の場合は、下記(1)式により前輪の車輪速Vw1,Vw2の平均値として自車速Vを算出する。Vw1,Vw2は、タイヤ径に基づき求めた車速換算値とする。
V=(Vw1+Vw2)/2 ・・・(1)
ステップS30では、隊列走行要求がONになっている場合、先行車両と車車間通信を行うことで、上述した自車識別番号の設定処理を行う。隊列走行要求がONになっていない場合には、例えば自車識別番号を「0」に初期化する。
ステップS40では、自車両の隊列走行用の基準速度(設定車速)Vsを設定する。
その設定処理を、図5を参照して説明する。この処理は、自車両が隊列走行中の車群の先頭車両の場合(ID=1)に実施する。
ステップS210では、車車間通信によって、その他の車群の基準速度(設定車速)Vnを取得する。これによって、自車線に対し、道路幅方向の右側の隣接車線に位置する他の車群の基準速度(設定車速)Vnを取得する。
ステップS230では、隣接車線に上記他の車群が存在しないので、自車両の隊列走行用の設定車速Vsに初期値を設定する。
ステップS50では、自車両が車群の先頭車両であって、且つ、先行車両が同一車線における別の車群に属する車両か否かを判定する。条件を満足しない場合には、車群の基準速度を目標車速Vtargetに設定してステップS100に移行する。ここで、車群の基準速度(隊列用の設定車速)の初期値は、各車両で固定の車速値に設定しておけばよい。
その設定処理例を、図5を参照して説明する。この処理は、自車両が隊列走行中の車群の先頭車両の場合(ID=1)に実施する。
まずステップS300にて、予め設定した範囲において、隣接車両に他の車群が存在するか判定する。本実施形態では、自車線に対し、道路幅方向の右側の隣接車線に他の車群が存在するか判定する。他の車群が存在する場合には、ステップS310に移行する。他の車群が存在しない場合にはステップS330に移行する。
次に、ステップS320では、取得した上記他の車群の先頭車両用の目標車間時間Tnに、予め設定した加算時間ΔTを加算した値を、自車両の隊列走行時における、車群の先頭車両用の目標車間時間Tsとして設定する。
ステップS330では、車群の先頭車両用の目標車間時間Tsとして初期値を設定する。
ACC走行制御では、目標車間時間Tgapは、運転者のスイッチ操作に基づき選択する。ここで、隊列走行で設定する隊列走行用の目標車間時間の初期値は、ACC制御の車間時間よりも短い車間時間とすることで、より交通効率を向上させることが可能となる。また、隊列走行で設定する車群の先頭車両用の目標車間時間Tsは、上記隊列走行用の目標車間時間の初期値よりも大きな値に設定されている。隊列走行時の設定車速の初期値は、例えば、制限車速以下に設定されている。
ステップS80では、目標車間時間を達成するための目標車間距離Ltを算出する。隊列走行と判定されている場合には、隊列用の目標車間時間等が設定されている。
目標車間距離Ltは、例えば次にようにして算出する。すなわち、先行車両の車速Vtとした場合に、目標車間距離Ltは、例えば下記(2)式によって算出する。
Lt=Vt×Tgap ・・・(2)
ここで、先行車両の車速Vtは相対速度vVRと自車速Vから算出する。先行車両の車速Vtは、車車間通信で先行車両から受信しても良い。
K2×(Lt−vDistance)、
K3×vVR)・・・(3)
そして、上記第1目標車速Vrefに対して、下記(4)式に基づき、予め設定した伝達特性を持たせた目標車速Vtargetを算出する。ここで、上記(4)式では、伝達特性として1次遅れ系のフィルタを施す場合を例示している。
Xgt = f(V、Vtarget)・・・(5)
(5)式の関数は、例えば、自車速と目標車速との車速偏差(V−Vtarget)が予め設定した値より小さい場合は、前回の目標加減速度を小さくし、その車速偏差が予め設定した値より大きい場合は、前回の目標加減速度を大きくするような関数とする。
ここで、Stimeは予め設定した時間をあらわす。
例えば、加速度もしくは、車速からATギア比などを含めたホイル端トルク指令値を求め、その後、ホイル端トルク指令値からエンジントルク指令値を求める。その後、ホイル端トルクから算出したエンジントルク指令値から、エンジンブレーキ+走行抵抗分を差し引いた分をブレーキ液圧指令値とする。
ステップS140では、ブレーキ制御作動判断を行う。具体的には、ステップS120で算出されたブレーキ液圧指令値が予め設定した所定値以上となった場合に、ブレーキ制御作動フラグfbrを「1」に設定して、ブレーキ液圧指令値を出力する。なお、ステップS36で算出したブレーキ液圧指令値は、予め設定した所定値以上の値である。
ステップS150では、上記ステップS130、S140で算出された各制御量を加減速制御装置に出力する。その後、復帰する。
運転者が隊列走行の選択操作を行うと、外界認識装置の検出情報、及び先行車両や後続車両との車車間情報に基づき、隊列走行可能か判定する。
例えば隊列走行判定処理部5Nは、先行車両に連結要求信号を出力し、その連結要求信号に対して先行車両から連結許可信号を受信した場合には、先行車から受信した先行車の自車隊列番号IDに「1」を足した値を自車の自車隊列番号IDとする。このように先行車両から連結許可信号を受信した場合には、隊列走行可能な状態と見なせる。また、後続車両から連結要求信号を受信し、その連結要求信号に対し連結許可信号を後続車両に出力した場合には、隊列走行可能な状態と見なせる。
隊列走行可能の場合に、自車両が車群の先頭車両(自車隊列番号ID=1)には、隊列の車群としての設定車速(基準速度)となるように速度制御を行う。
すなわち、自車両の前方における予め設定した距離以内に先行車両が存在しない場合には、自車両は、設定車速(車群の基準速度)で走行するように制駆動力が制御される。
このとき、自車線に対し路幅方向右側の隣接車線において、予め設定した範囲内に、他の車群が存在する場合には、その他の車群の基準速度よりも低い基準速度を設定車速として走行する。これによって、路幅方向における、その他の車群と、自車両が所属する車群の位置関係が時間と共にずれるようになる。
一方、自車両の前方における予め設定した距離以内に先行車両が存在し、その先行車両が別の車群の車両の最後尾の車両の場合には、その先行車両に対して、車群の先頭車両用の目標車間時間Tsとなるように追従制御が行われる。
以上の処理によって、隣接する車線の両方に隊列走行する車群が存在する場合、路幅右側の車線を走行する車群の速度よりも、路幅左側の車線を走行する車群の速度が遅くなる。又、隣接する車線の両方に隊列走行する車群が存在する場合、路幅右側の車線を走行する車群の車群間の車間時間よりも、路幅左側の車線を走行する車群の車間時間が長くなる。
相対的に右側の車線は追い越し車線の場合が多いが、その右側の車線の車群の設定車速を相対的に高くすることで、相対的に左側の車線側の方が相対的に空きスペースが出来やすくなる。一般に右側に出入り口が存在するので、出入り口側への車線変更が容易になる。
ここで、相対的に右側車線の車群の方が速度が低く設定されるために、車間時間が同じであれば、右側車線の方が相対的に車間距離が短くなるが、上述のように車群間の車間時間を相対的に長くすることで、車群間の車間距離を稼ぐことが可能となる。
この状態では、自車両は周囲の車両と隊列を形成した状態になっていると共に、先行車両に対して隊列走行維持のための追従走行を行う。この隊列走行維持のための追従走行制御では、隊列用の車間時間を目標車間時間として先行車両に対し追従走行制御を行っている。
上記隊列用の車間時間の初期値は、ACC制御の車間時間よりも短い車間時間とすることで、交通効率を向上させることが可能となる。
またこのとき、車群の先頭車両は、上述のように設定された設定車速(車群の基準速度)となるように走行制御されているため、少なくとも定常走行状態では、自車両が先頭車両では無くても、自車両も設定車速(車群の基準速度)を目標車速として走行することになる。すなわち、自車両が属する車群の基準速度は、上述のように設定された設定車速(車群の基準速度)となる。
(1)上記説明では、隣接する車線の両方に隊列走行する車群が存在する場合に、相対的に、右側の車群の基準速度を低くする場合で説明した。これに代えて、相対的に左側の車群の基準速度が低くなるように設定しても良い。また、どちらの車群の速度が早いか、などで設定車速を低くする車群を決定したりしても良い。なお、一方の車群の設定車速を低くして隣接車線の車群間の設定車速が異なるようにする場合で説明したが、一方の車群の設定車速を高くすることで、隣接車線の車群間の設定車速が異なるようにしても良い。
これに代えて、車線自体に隊列用の設定車速を設定しておき、自車両がどの車線を走行しているかで、車群の設定車速(基準速度)を取得しても良い。走行車線の設定車速は、例えば路車間通信などで取得すればよい。又は、カメラで撮像した路面画像から、右側から何番目の車線を走行中か認識し、予め設定した車線番号と設定車速などのマップデータを参照して、車群の設定車速(基準速度)を決定しても良い。この処理が出入り口判定部を構成する。
例えばGPSにて自車両の位置を判定し、地図情報を参酌して、出入り口との関係を取得すればよい。
この場合には、車線変更が発生しやすい場合に車線変更が行い易くなる。
これに代えて、自車両が車群の先頭車両で無い場合(ID>1)に、上述のように決定した車群の設定車両Vsを、上記(2)式で使用する先行車両の車速Vtとして使用するようにしても良い。
この場合、上記ステップS80で使用する(2)式は次のように記載出来る。
Lt=Vs×Tgap
この場合には、ステップS80は、基準速度設定部を構成する事になる。
ここで、外界認識装置3は周辺車両検出部を構成する。走行制御コントローラ5は隊列走行制御部を構成する。ステップS40は基準速度設定部を構成する。ステップS60は、頭用設定部を構成する。
(1)走行制御コントローラ5は、同一車線を走行する他車両と車群を形成するように制駆動力制御を行う。走行制御コントローラ5は、自車両が所属する車群の基準速度を、自車両が走行する車線の隣接車線を走行する他の車群の基準速度と異なる速度に設定する。
この構成によれば、隣接する2つの車線をそれぞれ走行する車群の基準速度が異なるため、2つの車群が併走している状態においても、時間の経過と共に2つの車群位置関係がずれていくことで、一方の車群から他方の車群がいる車線に車線変更するために空きスペースを確保し易くなる。すなわち、車線変更をすることがより容易に実行可能となる。
通常、右側の車線が追い越し車線となると共に、他の道路への出入り口は右側車線側にある。
これに対し、左側の方が相対的に車群の速度を低くすることで、相対的に、右側車線への車線変更よりも左側車線への車線変更が容易となる。これによって、他の道路への出入り口側に車線変更し易くなる。
この構成によれば、自車両が走行するレーン毎に車群の基準速度を決定することが可能となる。
この構成によれば、車線変更が発生し易い状況で車線変更し易い状況を形成することが可能となる。
この構成によれば、隣接車線を走行する2つの車群における空きスペースが異なることで、車線変更のために空きスペースを確保し易くなる。
この構成によれば、相対的に右側の車線側の空きスペースが大きくなることで、相対的に右側車線への車線変更がし易くなる。
この構成によれば、車線変更が発生し易い状況で車線変更し易い状況を形成することが可能となる。
この構成によれば、隣接する2つの車線をそれぞれ走行する車群の基準速度が異なるため、2つの車群が併走している状態においても、時間の経過と共に2つの車群位置関係がずれていくことで、一方の車群から他方の車群がいる車線に車線変更するために空きスペースを確保し易くなる。すなわち、車線変更をすることがより容易に実行可能となる。
3 外界認識装置
4 通信装置
5 走行制御コントローラ
5A 制御状態設定部
5B 先行車検出状態判定部
5C 先行車車速・減速度推定部
5D 目標応答特性算出部
5E 目標車速算出部
5F 目標加減速度算出部
5G 車速指令値算出部
5J 車速サーボ演算部
5K トルク配分制御演算部
5L エンジントルク演算部
5M ブレーキ液圧演算部
5N 隊列走行判定処理部
6 加減速制御装置
6A ブレーキコントローラ
6B エンジンコントローラ
Claims (8)
- 同一車線を走行する他車両と車群を形成するように制駆動力制御を行う隊列走行制御部と、
自車両が所属する車群の基準速度を、自車両が走行する車線の隣接車線を走行する他の車群の基準速度と異なる速度に設定する基準速度設定部と、を備えることを特徴とする車両用走行制御装置。 - 上記基準速度設定部は、隣接車線において、道路幅方向右側の車線を走行する車群の基準速度よりも、道路幅方向左側の車線を走行する車群の基準速度が相対的に低い値となるように、自車両が所属する車群の基準速度を設定することを特徴とする請求項1に記載した車両用走行制御装置。
- 2車線以上の道路に対し、走行する車線毎に車群の基準速度が予め異なる値として設定しておき、
上記基準速度設定部は、自車両が走行する車線に設定された車群の基準速度を採用することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載した車両用走行制御装置。 - 自車両の走行方向前方における予め設定した距離以内に他の道路への出入り口があるか否かを判定する出入り口判定部を備え、
上記基準速度設定部による車群の基準速度の設定は、上記出入り口判定部が出入り口があると判定している場合に実施することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載した車両用走行制御装置。 - 自車両が車群の先頭車両の場合であり且つ自車両の前方の予め設定された範囲に先行車両が存在する場合、その先行車両との車間時間が予め設定した車群先頭用の目標車間時間となるように制駆動力制御を行い、
更に、上記車群先頭用の目標車間時間を、自車両が走行する車線の隣接車線を走行する他の車群での群先頭用の目標車間時間と異なる値に設定する車群先頭用設定部を備えることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載した車両用走行制御装置。 - 上記車群先頭用設定部は、隣接車線において、道路幅方向右側の車線を走行する車群の群先頭用の目標車間時間よりも、道路幅方向左側の車線を走行する車群の群先頭用の目標車間時間が相対的に大きい値となるように、自車両が所属する車群の車群先頭用の目標車間時間を設定することを特徴とする請求項5に記載した車両用走行制御装置。
- 自車両の走行方向前方における予め設定した距離以内に他の道路への出入り口があるか否かを判定する出入り口判定部を備え、
上記車群先頭用設定部による車群先頭用の目標車間時間の設定は、上記出入り口判定部が出入り口があると判定している場合に実施することを特徴とする請求項5又は請求項6に記載した車両用走行制御装置。 - 各車両は、同一車線を走行する他車両と車群を形成するように制駆動力制御を行う隊列走行制御部を備え、
一の車群の基準速度を、該一の車群が走行する車線の隣接車線を走行する他の車群の基準速度と異なる値に設定することを特徴とする隊列走行制御方法。
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