JP3633709B2 - 車群走行制御装置 - Google Patents
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- Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は車群の走行制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路利用効率の向上や運転者の負担軽減などを図るため、先頭車両に複数の後続車両が１列に連なる接近追走を行う車群の自動運転に関する制御技術として従来から、図１８のような４つの方式が知られている（『スーパースマートビークルシステムの開発と関連技術に関する調査研究報告書』 財団法人機械システム振興協会 平成５年３月発行）。図１８（ａ）〜図１８（ｄ）において、１は車群の先頭車両（プラトーンリーダと称する）、２は先頭車両に連なる後続車両を表す。
【０００３】
図１８（ａ）の方式では、各後続車両２は直前の先行車両との車間距離を計測し、これら計測値に基づいて、望ましい車間距離（目標値）を維持するようにアクセルおよびブレーキを制御する。図１８（ｂ）の方式では、前後の車両間に車々通信が採用され、各後続車両２は直前の先行車両との車間距離（計測値）と同じく先行車両からの走行情報とから、望ましい車間距離を維持するようにアクセルおよびブレーキを制御する。
【０００４】
図１８（ｃ）の方式では、車群全体の車々間通信により、各後続車両２は直前の先行車両の走行情報に加えて先頭車両１からも走行情報が与えられ、これらを直前の先行車両との車間距離（計測値）に絡めて、望ましい車間距離を維持するようにアクセルおよびブレーキを制御する。図１８（ｄ）の方式では、車群の走行状態を総合的に管理する集中司令室３が設けられ、各車両は直前の先行車両と車々間通信で走行情報をやり取りしながら、集中司令室３の誘導指令に従ってアクセルおよびブレーキを制御する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図１８（ａ），図１８（ｂ）の方式では、先頭車両１に連なる各後続車両２において、自車のアクセルおよびブレーキを制御する車間調整に先行車両の速度変動が影響するため、車群の車両台数が多くなると、これらの車間距離に疎密波（例えば、制動時などのショックウエーブ）が大きく発生する可能性があった。この疎密波は各車両の性能や特性に差がある場合に大きく現れやすい。そのため、疎密波の分だけ車間距離の目標値を余計に設定せざるを得ないという不具合があった。
【０００６】
図１８（ｃ），図１８（ｄ）の方式では、先頭車両１の走行情報も含めて制御するので、車間距離の疎密波はある程度小さく抑えられるが、複雑な通信を要するという不具合があった。また、図１８（ｄ）の方式では、車間調整を行いながら車群の走行状態を総合的に管理しなければならず、これに各車両の特性や性能を把握することも必要なため、集中指令室３を含む制御系の設計が非常に難しいという不具合もあった。
【０００７】
この発明はこのような問題点に着目してなされたもので、複雑な通信を用いることなく、原理的に車間距離の疎密波を発生しない車群走行制御装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、図１９のように先頭車両に複数台の後続車両が連なる車群の走行制御装置において、先頭車両に自車の擬制的な偏差を１台目の後続車両へ送信する手段ａを設ける一方、各後続車両に直前の先行車両の偏差を受信する手段ｂと、前方の車間距離を計測する手段ｃと、自車の仮想枠を設定する手段ｅと、自車の車体全長を格納する手段ｄと、前方の車間距離と自車の車体全長と直前の先行車両の偏差とから自車の実際の仮想枠の長さを求める手段ｇと、実際の仮想枠の長さと設定の仮想枠の長さとの偏差を求めて偏差が０になるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する手段ｆと、自車の仮想枠の実際の長さと設定の長さとの偏差をつぎの後続車両へ送信する手段ｈを備える。
【０００９】
第２の発明では、第１の発明において、図１９のように車群の外部から先頭車両への誘導信号として目標車速を送信する手段ｍとを設ける一方、先頭車両に外部から送信される目標車速を受信する手段ｊと、自車の実車速を検出する手段ｉと、実車速を目標車速に一致させるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する手段ｋを備える。
【００１０】
第３の発明では、第１の発明における後続車両の実際の仮想枠の長さｇを求める手段は、直前の先行車両の実際の仮想枠の長さＬｉ−１と設定の仮想枠の長さＳｉ−１とから偏差を△ｉ−１＝Ｓｉ−１−Ｌｉ−１、前方車間距離の計測値をｍｉ、自車の車体全長をＶｄｉとして、自車の実際の仮想枠の長さＬｉ＝ｍｉ−△ｉ−１＋Ｖｄｉを計算する。
【００１１】
第４の発明では、第１の発明における先頭車両の送信手段ａは、自車の擬制的な偏差として０を後続車両へ通信する。
【００１２】
第５の発明では、第２の発明における車群の外部から先頭車両への誘導信号として目標車速を送信する手段ｍは、先頭車両への目標車速を指令する基地局と、その指令を道路に沿って先頭車両に通信する送信装置を備える。
【００１３】
第６の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、人為的に設定値を変化させる手段を備える。
【００１４】
第７の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、自車の実車速を検出する車速センサと、仮想枠の設定値を車速に応じた長さに補正する手段を備える。
【００１５】
第８の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、自車の総重量を検出する荷重センサと、仮想枠の設定値を自車の総重量に応じた長さに補正する手段を備える。
【００１６】
第９の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、自車のタイヤと路面との摩擦係数を求める手段と、仮想枠の設定値を摩擦係数に応じた長さに補正する手段を備える。
【００１７】
第１０の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、路面の傾斜を検出する勾配センサと、仮想枠の設定値を路面の勾配に応じた長さに補正する手段を備える。
【００１８】
第１１の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、エンジンのアクセル開度を検出するアクセル開度センサと、車速を検出する車速センサと、これらの検出信号から下坂走行を判定する手段と、その下坂判定時に仮想枠の設定値の長さを大きく補正する手段を備える。
【００１９】
第１２の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、雨滴を感知する雨感知センサと、その検出信号に基づいて降雨状態を判定すると仮想枠の設定値の長さを大きく補正する手段を備える。
【００２０】
第１３の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、制御制度として実際の仮想枠枠の長さと設定の仮想枠枠の長さとの標準偏差を求める手段と、その標準偏差に応じて設定の仮想枠の長さを補正する手段を備える。
【００２１】
【作用】
第１の発明によれば、先頭車両に連なる各後続車両の仮想枠は１列に連結され、設定の枠の長さを維持しながら、先頭車両の走行に伴ってこれと一体に移動する。各後続車両は実際の仮想枠の長さと設定の仮想枠の長さとの偏差が０になるようにアクセルおよびブレーキを介して自車の加減速を制御するため、仮想枠の移動に追走する。この場合、実際の仮想枠の長さを求めるのに前方の車間距離が計測されるが、その計測値は直前の先行車両の偏差を含むから、車体前端（車間距離の計測起点）から自車の仮想枠先端位置までの距離を確定するのに直前の先行車両から受信される偏差が使われる。つまり、車間距離の計測値から直前の先行車両の偏差は排除され、これに自車の車体全長を加える距離として実際の仮想枠の長さが与えられる。
【００２２】
そのため、各後続車両は直前の先行車両の偏差の変動に関係なく、自車に設定の仮想枠の長さを維持する車速制御を行うので、車群を構成する車両台数が多くなっても、簡単な車々間通信を行うのみで、原理的に車間距離の変動（疎密波）が発生しない車群走行を実現できる。直前の先行車両の偏差は自車の現在の仮想枠先端位置の確定に使われ、自車の速度制御上の関数にならないから、後続車両毎に独立の制御系に組めるため、その設計も容易になる。
【００２３】
第２の発明によれば、先頭車両は車群の外部から目標車速を受信すると、その目標車速に自車の実車速を一致させるようにアクセルおよびブレーキを介して自車の加減速を制御する。つまり、先頭車両を介して目標車速に車群全体の走行状態を外部から適確に誘導できる。
【００２４】
第３の発明によれば、各後続車両における実際の仮想枠の長さは、自車に設定される車体全長Ｖｄｉと自車から計測する前方の車間距離ｍｉおよび直前の先行車両から受信する偏差△ｉ−１とに基づく簡単な計算処理で求められる。
【００２５】
第４の発明によれば、先頭車両から擬制的な偏差として０を受信する１台目の後続車両は、自車の仮想枠先端位置が先頭車両の車体後端（車間距離の計測対象点）に一致するため、先頭車両の偏差を排除する計算処理を省略しても、実際の仮想枠の長さは前方の車間距離と自車の車体全長とから容易に得られる。
【００２６】
第５の発明によれば、送信装置が道路に沿って基地局の誘導信号を通信するため、道路に沿う広い誘導範囲を１つの基地局で賄うことが可能になる。
【００２７】
第６の発明によれば、各後続車両の積載量など動特性変化に対処して仮想枠の長さなど設定値を人為的に調整できる。例えば、積荷状態の後続車両は仮想枠の長さを大きく設定することにより、車間距離を空荷状態のときよりも大きく取って安全に走行することが可能になる。
【００２８】
第７の発明によれば、各後続車両は自車に設定の仮想枠が実車速に応じた長さに補正されるため、車群の高速走行時にも安全な制動距離を適確に確保できる。
【００２９】
第８の発明によれば、積載量などから車両の総重量が変化すると、自車に設定の仮想枠の長さが補正されるため、車両の総重量に応じた安全な制動距離を適確に確保できる。
【００３０】
第９の発明によれば、天候などの要因でタイヤと路面との摩擦係数が変化すると、各後続車両に設定の仮想枠の長さが補正されるため、摩擦係数に応じた安全な制動距離を適確に確保できる。
【００３１】
第１０の発明によれば、各後続車両に設定の仮想枠が路面の勾配に応じた長さに補正されるため、登坂走行時に車間距離を縮め、下坂走行時に車間距離を大きく取って走行可能になる。
【００３２】
第１１の発明によれば、アクセル開度と車速とから下坂走行を判定すると、各後続車両に設定の仮想枠の長さが大きく補正されるため、下坂走行時の制動距離に応じた安全な車間距離を適確に確保できる。
【００３３】
第１２の発明によれば、雨天走行時は各後続車両に設定の仮想枠が降雨状態に応じた長さに大きく補正されるため、降雨に因る路面摩擦力の低下に応じた安全な車間距離を適確に確保できる。
【００３４】
第１３の発明によれば、自車の標準偏差に応じて設定の仮想枠の長さが補正されるため、制御精度のバラツキを小さく抑えられる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は車群走行制御システムを説明する概要図、図２は先頭車両３０（プラトーンリーダ）の制御系の構成を表すブロック図、図３は各後続車両３１の制御系の構成を表すブロック図である。これら車群の走行を誘導する道路施設として車群速指定局１（基地局）およびその誘導指令を道路に沿って通信する送信装置２（漏洩波ケーブルなど）が設置される。各車両３０，３１にはぞれぞれ自車の加減速を自動的に制御するため、エンジンのアクセル開度および車両のブレーキ状態を調整するアクチュエータ５，６が設けられる。
【００３６】
先頭車両３０は車群速指定局１の送信装置２から誘導信号として目標車速ＰＬｖ０を受信する車載受信機３と、自車の実車速ＰＬｖを検出する車速センサ４と、目標車速ＰＬｖ０と実車速ＰＬｖとの偏差△ＰＬｖを求め、その結果から偏差△ＰＬｖが０になるようにアクセルアクチュエータ５およびブレーキアクチュエータ６を制御するＰＩＤ制御器７と、１台目の後続車両へ擬制的な偏差△０＝０を通信する車載送信機８を備える。
【００３７】
１台目の後続車両３１は先頭車両３０の送信情報△０を受信する車載受信機１０と、自車の仮想枠の長さＳ１をデータとして格納する仮想枠設定手段１２と、自車の車体全長Ｖｄ１をデータとして格納する車長設定手段１１と、先頭車両３０との車間距離ｍｉを計測するレーザレーダ９を備える。そして、車間距離ｍ１と先頭車両の偏差△０とからこれらの差ｍ１−△０を自車の車体前端（車間距離の計測起点）から自車の仮想枠先端位置Ｐ１までの距離ｋ１として求め、この距離ｋ１に自車の車体全長Ｖｄ１を加える実際の仮想枠の長さＬ１と設定の仮想枠の長さＳ１との偏差△１を求め、これらの結果から△１＝０になるように自車のアクセルアクチュエータ５およびブレーキアクチュエータ６を制御するＰＩＤ制御器１３と、自車の偏差△１をつぎの後続車両へ通信する車載送信機８が設けられる。なお、この例では先頭車両３０の擬制的な偏差△０＝０のため、ｋ１＝ｍ１になる。
【００３８】
２台目の後続車両３１は１台目の後続車両３１の送信情報△１を受信する車載受信機１０と、自車の仮想枠の長さＳ２をデータとして格納する仮想枠設定手段１２と、自車の車体全長Ｖｄ２をデータとして格納する車長設定手段１１と、１台目の後続車両３１との車間距離ｍ２を計測するレーザレーダ９を備える。そして、車間距離ｍ２と先頭車両の偏差△１とからこれらの差ｍ２−△１を自車の車体前端（車間距離の計測起点）から自車の仮想枠先端位置Ｐ２までの距離ｋ２として求め、この距離ｋ２に自車の車体全長Ｖｄ２を加える実際の仮想枠の長さＬ２と設定の仮想枠の長さＳ２との偏差△２を求め、その結果から△２＝０になるように自車のアクセルアクチュエータ５およびブレーキアクチュエータ６を制御するＰＩＤ制御器１３と、自車の偏差△２をつぎの後続車両へ通信する車載送信機８が設けられる。
【００３９】
３台目以降の後続車両３１も１台目および２台目と同様に構成され、直前の先行車両から受信する偏差△ｉ−１（ｉは先頭車両を０とする車群の車両番号を表す）と車間距離ｍｉとからこれらの差ｍｉ−△ｉ−１を自車の車体前端（車間距離の計測起点）から自車の仮想枠先端位置Ｐｉまでの距離ｋｉとして求め、この距離ｋｉに自車の車体全長Ｖｄｉを加える実際の仮想枠の長さＬｉと設定の仮想枠の長さＳｉとの偏差△ｉを求め、その結果から△ｉ＝０になるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する一方、自車の偏差△ｉをつぎの後続車両へ送信する。
【００４０】
後続車両の偏差△ｉは、Ｓｉ＞Ｌｉのときは＋△ｉ（図１の△１参照）、Ｓｉ＜Ｌｉのときは−△ｉ（図１の△２参照）として、正負の符号を付けてつぎの後続車両へ送信される。また、先頭車両３０の擬制的な偏差△０は、１台目の後続車両３１との車間距離ｍ１を調整するため、０以外の所定値に設定しても良い。
【００４１】
図４は先頭車両３０の制御内容を説明するフローチャート、図５は各後続車両３１の制御内容を説明するフローチャートである。図４において、車群速指定局１から先頭車両３０の目標車速ＰＬｖ０を道路に沿う送信装置２を介して通信する（ステップ１）。先頭車両３０は目標車速ＰＬｖ０を受信すると、自車の車速センサ４の検出値（実車速）を読み取る（ステップ２，ステップ３）。そして、目標車速ＰＬｖ０と実車速ＰＬｖとの偏差ＰＬ△ｖ＝ＰＬｖ０−ＰＬｖを求め、ＰＬ△ｖ＝０になるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する一方、自車の擬制的な偏差△０＝０を１台目の後続車両へ送信する（ステップ４〜ステップ７）。
【００４２】
図５において、ｉ台目の後続車両３１は直前の先行車両から偏差△ｉ−１を受信すると、直前の先行車両との車間距離ｍｉを計測する（ステップ８，ステップ９）。この車間距離ｍｉと直前の先行車両の偏差△ｉ−１とからこれらの差ｍｉ−△ｉ−１を自車の車体前端（車間距離の計測起点）から自車の仮想枠先端位置Ｐｉまでの距離ｋｉとして求め、この距離ｋｉに自車の車体全長Ｖｄｉを加える実際の仮想枠の長さＬｉと設定の仮想枠の長さＳｉとの偏差△ｉを求める（ステップ１０〜ステップ１４）。そして、△ｉ＝０になるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する一方、自車の偏差△ｉをつぎの後続車両へ送信する（ステップ１５〜ステップ１７）。
このようにして、先頭車両３０に連なる各後続車両３１の仮想枠は、直前の先行車両の仮想枠後端位置を自車の仮想枠先端位置Ｐｉとみなして１列に連結され、車群速指定局１の誘導信号を受けて先頭車両３０が目標車速ＰＬｖ０を維持するように走行すると、自車に設定の仮想枠の長さＳｉを保ちながら先頭車両と一体に移動する。各後続車両３１は実際の仮想枠の長さＬｉと設定の仮想枠の長さＳｉとの偏差△ｉが０になるようにアクセルおよびブレーキを介して自車の加減速を制御するので、先頭車両３０に連なる仮想枠の移動に追走する。この場合、実際の仮想枠の長さＬｉを求めるのに前方の車間距離ｍｉが計測されるが、その計測値ｍｉは直前の先行車両の偏差△ｉ−１を含むから、車体前端（車間距離の計測起点）から自車の仮想枠先端位置Ｐｉまでの距離ｋｉを確定するのに直前の先行車両から受信される偏差△ｉ−１が使われる。つまり、車間距離ｍｉから直前の先行車両の偏差△ｉ−１は排除され、これに自車の車体全長Ｖｄｉを加える距離として実際の仮想枠の長さＬｉは与えられる。
【００４３】
そのため、各後続車両３１は先行車両の偏差△ｉ−１の変動に関係なく、自車に仮想枠先端位置Ｐｉを基準に設定の仮想枠の長さＳｉを保つ車速制御を行うので、車群を構成する車両台数が多くなっても、簡単な車々間通信を行うのみで、原理的に車間距離の変動（疎密波）が発生しない車群走行を実現できる。直前の先行車両の偏差△ｉ−１は自車の現在の仮想枠先端位置Ｐｉの確定に使われ、自車の速度制御上の関数にならないから、各車両毎に独立の制御系に組めるため、その設計も容易になる。なお、先頭車両３０は車群速指定局１の誘導信号（目標車速）を受けず、運転者の指示に基づいて自走するようにしても良い。
【００４４】
各後続車両３１の仮想枠はそれぞれ車体全長Ｖｄｉや車両性能などから適正に設定されるが、車両の動特性変化に応じて制動距離は変化する。制動距離については、制動距離をＳ［ｍ］，空走時間をｔ０［ｓ］，制動初期速度をｖ０［ｍ／ｓ］，減速度をα［ｍ／ｓ２ ］とすると、Ｓ＝ｔ０・ｖ０＋（ｖ０ ２ ／２α）になる。ここで、減速度αは、ブレーキ力をＦｂ［Ｎ］，車両総重量をＷ［ｋｇ］，重力加速度をｇ［ｍ／ｓ２ ］，路面の傾きをθ［ｒａｄ］とすると、α＝（Ｆｂ ／Ｗ）−ｇ・ｓｉｎθで表される。また、ブレーキ力Ｆｂは、各車輪の荷重をｗｉ［ｋｇ］，タイヤと路面との摩擦係数をμｂとすると、Ｆｂ＝μｂ・ｗｉで表される。これらの関係式から制動距離の式を書き直すと、Ｓ＝ｔ０・ｖ０＋１／２・［ｖ０ ２ ・Ｗ／（μｂ・ｗｉ−Ｗ・ｇ・ｓｉｎθ）］になる。
【００４５】
そのため、図６においては、各後続車両３１に自車の実車速を検出する車速センサ１４が設けられ、仮想枠設定手段１２は図７のように自車の仮想枠の設定値をそのときの車速に応じた長さＳｉに変更する補正機能（ステップ１３，ステップ１４）が付加される。そして、仮想枠のそのときの長さＳｉに基づいて、図５と同じく車々間通信と自車の加減速を制御する。車群速指定局１の誘導指令は道路状況（高速道路と一般道路との差など）に応じて先頭車両３０への目標車速ＰＬｖ０を変化させることが考えられるが、そのような場合にも各後続車両３１は仮想枠の設定値が車速に応じた長さＳｉに調整されるため、いつも安全な車間距離を適確に維持することが可能になる。
【００４６】
図８においては、各後続車両３１に自車の総重量を検出する荷重センサ１５が設けられ、仮想枠設定手段１２は図９のように自車の仮想枠の設定値を車両の総重量に応じた長さＳｉに変更する補正機能（ステップ１３，ステップ１４）が付加される。そして、仮想枠のそのときの長さＳｉに基づいて、図５と同じく車々間通信と自車の加減速を制御する。トラックなど商用車では、積荷状態と空荷状態で車両の総重量が大きく変化するが、このように仮想枠の長さＳｉを補正することにより、いつも安全な車間距離（積荷時に大きく、空荷時に小さく）を維持できる。
【００４７】
図１０においては、各後続車両３１にタイヤと路面との摩擦係数を把握する摩擦係数推定手段１６が設けられ、仮想枠設定手段１２は図１１のように自車の仮想枠の設定値を摩擦係数に応じた長さＳｉに変更する補正機能（ステップ１３，ステップ１４）が付加される。そして、仮想枠のそのときの長さＳｉに基づいて、図５と同じく車々間通信と自車の加減速を制御する。摩擦係数の推定手段１６としては、摩擦係数の推定法（三菱自動車 テクニカルレビュー１９９３ ＮＯ．５ 『環境認識技術とシャシ制御への応用』参照）に拠るか、路面摩擦力を測定するμセンサ（社団法人自動車技術会 学術講演会前刷集９５３ １９９５ー５ 『路面摩擦力によるＡＢＳ制御方式Ｍ−ＡＢＳ装着車の性能について』参照）を採用する。
【００４８】
図１２においては、タイヤと路面との摩擦係数を把握する推定手段に代えて、各後続車両３１に雨滴を感知する雨感知センサ１７が設けられ、仮想枠設定手段１２は図１３のように雨感知センサ１７で降雨状態かどうか判定し、自車の仮想枠の設定値を降雨状態に応じた長さＳｉ に大きく変更する補正処理（ステップ１３，ステップ１４）が付加される。そして、仮想枠のそのときの長さＳｉに基づいて、図５と同じく車々間通信と自車の加減速を制御する。これだと、複雑な推定法に拠らず、路面摩擦力の変化を簡便に判定できる。
【００４９】
図１４においては、各後続車両３１にエンジンのアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１８と、自車の実車速を検出する車速センサ１４と、これらの検出値から下坂走行を判定する手段１９が設けられ、仮想枠設定手段１２は図１５のように下坂走行の判定を受けると、仮想枠の設定値を下坂用の長さＳｉ に変更する補正機能（ステップ１３〜ステップ１５）が付加される。そして、仮想枠のそのときの長さＳｉに基づいて、図５と同じく車々間通信と自車の加減速を制御する。
【００５０】
図示しないが、各車両毎に路面の傾斜状態を検出する勾配センサを設け、仮想枠設定手段は路面の勾配に応じて仮想枠の長さを登坂時に縮め、下坂走時に大きく変更できるようにしても良い。また、各車両毎に仮想枠の設定値を人為的に変化させる調整部を設け、仮想枠設定手段はその要求値に応じて仮想枠の長さなどを変更できるようにしても良い。
【００５１】
各後続車両３１において、既述のように実際の仮想枠の長さＬｉを設定の仮想枠の長さＳｉに一致させる車群走行制御が行われるが、この制御精度はまた車両毎にバラツキを生じる可能性がある。そのため、図１６においては、実際の仮想枠の長さＬｉと設定の仮想枠の長さＳｉとの偏差△ｉ から自車の制御精度を検出する手段２０が設けられ、仮想枠設定手段１２は自車の仮想枠の設定値を制御精度に応じた長さＳｉ に変更する補正機能が付加される。
【００５２】
図１７はその補正処理を含む制御内容を説明するフローチャートで、ｉ台目の後続車両において、直前の先行車両から偏差△ｉ−１を受信すると、直前の先行車両との車間距離ｍｉを計測し、この車間距離ｍｉと直前の先行車両の偏差△ｉ−１とからこれらの差ｍｉ−△ｉ−１を自車の車体前端（車間距離の計測起点）から自車の仮想枠先端位置Ｐｉまでの距離ｋｉとして求め、この距離ｋｉと自車の車体全長Ｖｄｉとから実際の仮想枠の長さＬｉを与える（ステップ８〜ステップ１２）。そして、仮想枠の長さＳｉ が決まると偏差△ｉ ＝Ｓｉ −Ｌｉ を求め、△ｉ ＝０になるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する一方、その制御精度として標準偏差（偏差△ｉの単位時間あたりの平均値）を計算し、仮想枠の設定値を標準偏差に応じた長さＳｉに変更する（ステップ１３〜ステップ１８）。また、自車の偏差△ｉ をつぎの後続車両へ送信する（ステップ１９）。
【００５３】
なお、図６〜図１５の各実施形態はそれぞれ単独でも車群走行の安全性を高める効果を得られるが、これらを統合する実施形態として、車両の制動距離に関する既述の書き直し式Ｓ＝ｔ０ ・ｖ０ ＋１／２・［ｖ０ ２ ・Ｗ／（μｂ ・ｗｉ −Ｗ・ｇ・ｓｉｎθ）］から、各車両毎に必要な制動距離を計算し、仮想枠の設定値をそれぞれ制動距離の変化量に応じた長さＳｉ に変更するようにしても良い。
【００５４】
【発明の効果】
第１の発明によれば、先頭車両に複数台の後続車両が連なる車群の走行制御装置において、先頭車両に自車の擬制的な偏差を１台目の後続車両へ送信する手段を設ける一方、各後続車両に直前の先行車両の偏差を受信する手段と、前方の車間距離を計測する手段と、自車の仮想枠を設定する手段と、自車の車体全長を格納する手段と、前方の車間距離と自車の車体全長と直前の先行車両の偏差とから自車の実際の仮想枠の長さを求める手段と、実際の仮想枠の長さと設定の仮想枠の長さとの偏差を求めて偏差が０になるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する手段と、自車の仮想枠の実際の長さと設定の長さとの偏差をつぎの後続車両へ送信する手段を備えるので、車群は車両位置でなく各後続車両の仮想枠を基準に組まれるため、車両の台数が多くなっても、簡単な車々間通信を行うのみで、原理的に車間距離の変動（疎密波）が発生しない車群走行を実現できる。また、自車のみを対象に制御系を組めるので、その設計も容易になる。
【００５５】
第２の発明によれば、第１の発明において、車群の外部から先頭車両への誘導信号として目標車速を送信する手段を設ける一方、先頭車両に外部から送信される目標車速を受信する手段と、自車の実車速を検出する手段と、実車速を目標車速に一致させるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する手段を備えるので、車群全体の走行状態を外部から適確に誘導できる。
【００５６】
第３の発明によれば、第１の発明における後続車両の実際の仮想枠の長さを求める手段は、直前の先行車両の実際の仮想枠の長さＬｉ−１と設定の仮想枠の長さＳｉ−１とから偏差を△ｉ−１＝Ｓｉ−１−Ｌｉ−１、前方車間距離の計測値をｍｉ、自車の車体全長をＶｄｉとして、自車の実際の仮想枠の長さＬｉ＝ｍｉ−△ｉ−１＋Ｖｄｉを計算するので、自車の仮想枠先端位置から自車の車体後端へ至る実際の距離（つまり、実際の仮想枠の長さ）を簡単に得られる。
【００５７】
第４の発明によれば、第１の発明における先頭車両の送信手段は、自車の擬制的な偏差として０を後続車両へ通信するので、１台目の後続車両の仮想枠先端位置を容易に確定できる。
【００５８】
第５の発明によれば、第２の発明における車群の外部から先頭車両への誘導信号として目標車速を送信する手段は、先頭車両への目標車速を指令する基地局と、その指令を道路に沿って先頭車両に通信する送信装置を備えるので、道路に沿う広い誘導範囲を１つの基地局で賄うことが可能になる。
【００５９】
第６の発明によれば、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段は、人為的に設定値を変化させる手段を備えるので、車間距離の恣意的な調整も可能になる。
【００６０】
第７の発明によれば、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段は、自車の実車速を検出する車速センサと、仮想枠の設定値を車速に応じた長さに補正する手段を備えるので、車群の走行速度に応じて安全な車間距離を適確に確保できる。
【００６１】
第８の発明によれば、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段は、自車の総重量を検出する荷重センサと、仮想枠の設定値を自車の総重量に応じた長さに補正する手段を備えるので、積載時にも安全な車間距離を適確に確保できる。
【００６２】
第９の発明によれば、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段は、自車のタイヤと路面との摩擦係数を求める手段と、仮想枠の設定値を摩擦係数に応じた長さに補正する手段を備えるので、天候などの要因で路面摩擦力が変化しても、安全な車間距離を適確に確保できる。
【００６３】
第１０の発明によれば、第１の発明にける各後続車両の仮想枠を設定する手段は、路面の傾斜を検出する勾配センサと、仮想枠の設定値を路面の勾配に応じた長さに補正する手段を備えるので、登坂走行時に車間距離を縮め、下坂走行時は車間距離を大きく取って安全に走行できる。
【００６４】
第１１の発明によれば、第１の発明にける各後続車両の仮想枠を設定する手段は、エンジンのアクセル開度を検出するアクセル開度センサと、車速を検出する車速センサと、これらの検出信号から下坂走行を判定する手段と、その下坂判定時に仮想枠の設定値の長さを大きく補正する手段を備えるので、制動距離が伸びる下坂走行時の安全性を高められる。
【００６５】
第１２の発明によれば、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段は、雨滴を感知する雨感知センサと、その検出信号に基づいて降雨状態を判定すると仮想枠の設定値の長さを大きく補正する手段を備えるので、降雨に因る路面摩擦力の低下に応じた安全な車間距離を適確に確保できる。
【００６６】
第１３の発明によれば、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段は、制御制度として実際の仮想枠枠の長さと設定の仮想枠枠の長さとの標準偏差を求める手段と、その標準偏差に応じて設定の仮想枠の長さを補正する手段を備えるので、制御精度のバラツキを小さく抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を説明する概要図である。
【図２】同じく先頭車両の制御系を表すブロック図である。
【図３】同じく後続車両の制御系を表すブロック図である。
【図４】同じく先頭車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図５】同じく後続車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図６】別の実施形態を表す後続車両におけるブロック図である。
【図７】同じく後続車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図８】別の実施形態を表す後続車両におけるブロック図である。
【図９】同じく後続車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図１０】別の実施形態を表す後続車両におけるブロック図である。
【図１１】同じく後続車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図１２】別の実施形態を表す後続車両におけるブロック図である。
【図１３】同じく後続車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図１４】別の実施形態を表す後続車両におけるブロック図である。
【図１５】同じく後続車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図１６】別の実施形態を表す後続車両におけるブロック図である。
【図１７】同じく後続車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図１８】従来技術の説明図である。
【図１９】この発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
１ 位置指定局
２ 送信装置
３ 車載受信機
４ 車速センサ
５ アクセルアクチュエータ
６ ブレーキアクチュエータ
７ ＰＩＤ制御器
８ 車載送信機
９ レーザレーダ
１０ 車載受信機
１１ 車長設定手段
１２ 仮想枠設定手段
１３ ＰＩＤ制御器
１４ 車速センサ
１５ 荷重センサ
１６ 摩擦係数推定手段
１７ 雨感知センサ
１８ アクセル開度センサ
１９ 下坂判定手段
２０ 制御精度検出手段
【発明の属する技術分野】
この発明は車群の走行制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路利用効率の向上や運転者の負担軽減などを図るため、先頭車両に複数の後続車両が１列に連なる接近追走を行う車群の自動運転に関する制御技術として従来から、図１８のような４つの方式が知られている（『スーパースマートビークルシステムの開発と関連技術に関する調査研究報告書』 財団法人機械システム振興協会 平成５年３月発行）。図１８（ａ）〜図１８（ｄ）において、１は車群の先頭車両（プラトーンリーダと称する）、２は先頭車両に連なる後続車両を表す。
【０００３】
図１８（ａ）の方式では、各後続車両２は直前の先行車両との車間距離を計測し、これら計測値に基づいて、望ましい車間距離（目標値）を維持するようにアクセルおよびブレーキを制御する。図１８（ｂ）の方式では、前後の車両間に車々通信が採用され、各後続車両２は直前の先行車両との車間距離（計測値）と同じく先行車両からの走行情報とから、望ましい車間距離を維持するようにアクセルおよびブレーキを制御する。
【０００４】
図１８（ｃ）の方式では、車群全体の車々間通信により、各後続車両２は直前の先行車両の走行情報に加えて先頭車両１からも走行情報が与えられ、これらを直前の先行車両との車間距離（計測値）に絡めて、望ましい車間距離を維持するようにアクセルおよびブレーキを制御する。図１８（ｄ）の方式では、車群の走行状態を総合的に管理する集中司令室３が設けられ、各車両は直前の先行車両と車々間通信で走行情報をやり取りしながら、集中司令室３の誘導指令に従ってアクセルおよびブレーキを制御する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図１８（ａ），図１８（ｂ）の方式では、先頭車両１に連なる各後続車両２において、自車のアクセルおよびブレーキを制御する車間調整に先行車両の速度変動が影響するため、車群の車両台数が多くなると、これらの車間距離に疎密波（例えば、制動時などのショックウエーブ）が大きく発生する可能性があった。この疎密波は各車両の性能や特性に差がある場合に大きく現れやすい。そのため、疎密波の分だけ車間距離の目標値を余計に設定せざるを得ないという不具合があった。
【０００６】
図１８（ｃ），図１８（ｄ）の方式では、先頭車両１の走行情報も含めて制御するので、車間距離の疎密波はある程度小さく抑えられるが、複雑な通信を要するという不具合があった。また、図１８（ｄ）の方式では、車間調整を行いながら車群の走行状態を総合的に管理しなければならず、これに各車両の特性や性能を把握することも必要なため、集中指令室３を含む制御系の設計が非常に難しいという不具合もあった。
【０００７】
この発明はこのような問題点に着目してなされたもので、複雑な通信を用いることなく、原理的に車間距離の疎密波を発生しない車群走行制御装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、図１９のように先頭車両に複数台の後続車両が連なる車群の走行制御装置において、先頭車両に自車の擬制的な偏差を１台目の後続車両へ送信する手段ａを設ける一方、各後続車両に直前の先行車両の偏差を受信する手段ｂと、前方の車間距離を計測する手段ｃと、自車の仮想枠を設定する手段ｅと、自車の車体全長を格納する手段ｄと、前方の車間距離と自車の車体全長と直前の先行車両の偏差とから自車の実際の仮想枠の長さを求める手段ｇと、実際の仮想枠の長さと設定の仮想枠の長さとの偏差を求めて偏差が０になるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する手段ｆと、自車の仮想枠の実際の長さと設定の長さとの偏差をつぎの後続車両へ送信する手段ｈを備える。
【０００９】
第２の発明では、第１の発明において、図１９のように車群の外部から先頭車両への誘導信号として目標車速を送信する手段ｍとを設ける一方、先頭車両に外部から送信される目標車速を受信する手段ｊと、自車の実車速を検出する手段ｉと、実車速を目標車速に一致させるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する手段ｋを備える。
【００１０】
第３の発明では、第１の発明における後続車両の実際の仮想枠の長さｇを求める手段は、直前の先行車両の実際の仮想枠の長さＬｉ−１と設定の仮想枠の長さＳｉ−１とから偏差を△ｉ−１＝Ｓｉ−１−Ｌｉ−１、前方車間距離の計測値をｍｉ、自車の車体全長をＶｄｉとして、自車の実際の仮想枠の長さＬｉ＝ｍｉ−△ｉ−１＋Ｖｄｉを計算する。
【００１１】
第４の発明では、第１の発明における先頭車両の送信手段ａは、自車の擬制的な偏差として０を後続車両へ通信する。
【００１２】
第５の発明では、第２の発明における車群の外部から先頭車両への誘導信号として目標車速を送信する手段ｍは、先頭車両への目標車速を指令する基地局と、その指令を道路に沿って先頭車両に通信する送信装置を備える。
【００１３】
第６の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、人為的に設定値を変化させる手段を備える。
【００１４】
第７の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、自車の実車速を検出する車速センサと、仮想枠の設定値を車速に応じた長さに補正する手段を備える。
【００１５】
第８の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、自車の総重量を検出する荷重センサと、仮想枠の設定値を自車の総重量に応じた長さに補正する手段を備える。
【００１６】
第９の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、自車のタイヤと路面との摩擦係数を求める手段と、仮想枠の設定値を摩擦係数に応じた長さに補正する手段を備える。
【００１７】
第１０の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、路面の傾斜を検出する勾配センサと、仮想枠の設定値を路面の勾配に応じた長さに補正する手段を備える。
【００１８】
第１１の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、エンジンのアクセル開度を検出するアクセル開度センサと、車速を検出する車速センサと、これらの検出信号から下坂走行を判定する手段と、その下坂判定時に仮想枠の設定値の長さを大きく補正する手段を備える。
【００１９】
第１２の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、雨滴を感知する雨感知センサと、その検出信号に基づいて降雨状態を判定すると仮想枠の設定値の長さを大きく補正する手段を備える。
【００２０】
第１３の発明では、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段ｅは、制御制度として実際の仮想枠枠の長さと設定の仮想枠枠の長さとの標準偏差を求める手段と、その標準偏差に応じて設定の仮想枠の長さを補正する手段を備える。
【００２１】
【作用】
第１の発明によれば、先頭車両に連なる各後続車両の仮想枠は１列に連結され、設定の枠の長さを維持しながら、先頭車両の走行に伴ってこれと一体に移動する。各後続車両は実際の仮想枠の長さと設定の仮想枠の長さとの偏差が０になるようにアクセルおよびブレーキを介して自車の加減速を制御するため、仮想枠の移動に追走する。この場合、実際の仮想枠の長さを求めるのに前方の車間距離が計測されるが、その計測値は直前の先行車両の偏差を含むから、車体前端（車間距離の計測起点）から自車の仮想枠先端位置までの距離を確定するのに直前の先行車両から受信される偏差が使われる。つまり、車間距離の計測値から直前の先行車両の偏差は排除され、これに自車の車体全長を加える距離として実際の仮想枠の長さが与えられる。
【００２２】
そのため、各後続車両は直前の先行車両の偏差の変動に関係なく、自車に設定の仮想枠の長さを維持する車速制御を行うので、車群を構成する車両台数が多くなっても、簡単な車々間通信を行うのみで、原理的に車間距離の変動（疎密波）が発生しない車群走行を実現できる。直前の先行車両の偏差は自車の現在の仮想枠先端位置の確定に使われ、自車の速度制御上の関数にならないから、後続車両毎に独立の制御系に組めるため、その設計も容易になる。
【００２３】
第２の発明によれば、先頭車両は車群の外部から目標車速を受信すると、その目標車速に自車の実車速を一致させるようにアクセルおよびブレーキを介して自車の加減速を制御する。つまり、先頭車両を介して目標車速に車群全体の走行状態を外部から適確に誘導できる。
【００２４】
第３の発明によれば、各後続車両における実際の仮想枠の長さは、自車に設定される車体全長Ｖｄｉと自車から計測する前方の車間距離ｍｉおよび直前の先行車両から受信する偏差△ｉ−１とに基づく簡単な計算処理で求められる。
【００２５】
第４の発明によれば、先頭車両から擬制的な偏差として０を受信する１台目の後続車両は、自車の仮想枠先端位置が先頭車両の車体後端（車間距離の計測対象点）に一致するため、先頭車両の偏差を排除する計算処理を省略しても、実際の仮想枠の長さは前方の車間距離と自車の車体全長とから容易に得られる。
【００２６】
第５の発明によれば、送信装置が道路に沿って基地局の誘導信号を通信するため、道路に沿う広い誘導範囲を１つの基地局で賄うことが可能になる。
【００２７】
第６の発明によれば、各後続車両の積載量など動特性変化に対処して仮想枠の長さなど設定値を人為的に調整できる。例えば、積荷状態の後続車両は仮想枠の長さを大きく設定することにより、車間距離を空荷状態のときよりも大きく取って安全に走行することが可能になる。
【００２８】
第７の発明によれば、各後続車両は自車に設定の仮想枠が実車速に応じた長さに補正されるため、車群の高速走行時にも安全な制動距離を適確に確保できる。
【００２９】
第８の発明によれば、積載量などから車両の総重量が変化すると、自車に設定の仮想枠の長さが補正されるため、車両の総重量に応じた安全な制動距離を適確に確保できる。
【００３０】
第９の発明によれば、天候などの要因でタイヤと路面との摩擦係数が変化すると、各後続車両に設定の仮想枠の長さが補正されるため、摩擦係数に応じた安全な制動距離を適確に確保できる。
【００３１】
第１０の発明によれば、各後続車両に設定の仮想枠が路面の勾配に応じた長さに補正されるため、登坂走行時に車間距離を縮め、下坂走行時に車間距離を大きく取って走行可能になる。
【００３２】
第１１の発明によれば、アクセル開度と車速とから下坂走行を判定すると、各後続車両に設定の仮想枠の長さが大きく補正されるため、下坂走行時の制動距離に応じた安全な車間距離を適確に確保できる。
【００３３】
第１２の発明によれば、雨天走行時は各後続車両に設定の仮想枠が降雨状態に応じた長さに大きく補正されるため、降雨に因る路面摩擦力の低下に応じた安全な車間距離を適確に確保できる。
【００３４】
第１３の発明によれば、自車の標準偏差に応じて設定の仮想枠の長さが補正されるため、制御精度のバラツキを小さく抑えられる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は車群走行制御システムを説明する概要図、図２は先頭車両３０（プラトーンリーダ）の制御系の構成を表すブロック図、図３は各後続車両３１の制御系の構成を表すブロック図である。これら車群の走行を誘導する道路施設として車群速指定局１（基地局）およびその誘導指令を道路に沿って通信する送信装置２（漏洩波ケーブルなど）が設置される。各車両３０，３１にはぞれぞれ自車の加減速を自動的に制御するため、エンジンのアクセル開度および車両のブレーキ状態を調整するアクチュエータ５，６が設けられる。
【００３６】
先頭車両３０は車群速指定局１の送信装置２から誘導信号として目標車速ＰＬｖ０を受信する車載受信機３と、自車の実車速ＰＬｖを検出する車速センサ４と、目標車速ＰＬｖ０と実車速ＰＬｖとの偏差△ＰＬｖを求め、その結果から偏差△ＰＬｖが０になるようにアクセルアクチュエータ５およびブレーキアクチュエータ６を制御するＰＩＤ制御器７と、１台目の後続車両へ擬制的な偏差△０＝０を通信する車載送信機８を備える。
【００３７】
１台目の後続車両３１は先頭車両３０の送信情報△０を受信する車載受信機１０と、自車の仮想枠の長さＳ１をデータとして格納する仮想枠設定手段１２と、自車の車体全長Ｖｄ１をデータとして格納する車長設定手段１１と、先頭車両３０との車間距離ｍｉを計測するレーザレーダ９を備える。そして、車間距離ｍ１と先頭車両の偏差△０とからこれらの差ｍ１−△０を自車の車体前端（車間距離の計測起点）から自車の仮想枠先端位置Ｐ１までの距離ｋ１として求め、この距離ｋ１に自車の車体全長Ｖｄ１を加える実際の仮想枠の長さＬ１と設定の仮想枠の長さＳ１との偏差△１を求め、これらの結果から△１＝０になるように自車のアクセルアクチュエータ５およびブレーキアクチュエータ６を制御するＰＩＤ制御器１３と、自車の偏差△１をつぎの後続車両へ通信する車載送信機８が設けられる。なお、この例では先頭車両３０の擬制的な偏差△０＝０のため、ｋ１＝ｍ１になる。
【００３８】
２台目の後続車両３１は１台目の後続車両３１の送信情報△１を受信する車載受信機１０と、自車の仮想枠の長さＳ２をデータとして格納する仮想枠設定手段１２と、自車の車体全長Ｖｄ２をデータとして格納する車長設定手段１１と、１台目の後続車両３１との車間距離ｍ２を計測するレーザレーダ９を備える。そして、車間距離ｍ２と先頭車両の偏差△１とからこれらの差ｍ２−△１を自車の車体前端（車間距離の計測起点）から自車の仮想枠先端位置Ｐ２までの距離ｋ２として求め、この距離ｋ２に自車の車体全長Ｖｄ２を加える実際の仮想枠の長さＬ２と設定の仮想枠の長さＳ２との偏差△２を求め、その結果から△２＝０になるように自車のアクセルアクチュエータ５およびブレーキアクチュエータ６を制御するＰＩＤ制御器１３と、自車の偏差△２をつぎの後続車両へ通信する車載送信機８が設けられる。
【００３９】
３台目以降の後続車両３１も１台目および２台目と同様に構成され、直前の先行車両から受信する偏差△ｉ−１（ｉは先頭車両を０とする車群の車両番号を表す）と車間距離ｍｉとからこれらの差ｍｉ−△ｉ−１を自車の車体前端（車間距離の計測起点）から自車の仮想枠先端位置Ｐｉまでの距離ｋｉとして求め、この距離ｋｉに自車の車体全長Ｖｄｉを加える実際の仮想枠の長さＬｉと設定の仮想枠の長さＳｉとの偏差△ｉを求め、その結果から△ｉ＝０になるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する一方、自車の偏差△ｉをつぎの後続車両へ送信する。
【００４０】
後続車両の偏差△ｉは、Ｓｉ＞Ｌｉのときは＋△ｉ（図１の△１参照）、Ｓｉ＜Ｌｉのときは−△ｉ（図１の△２参照）として、正負の符号を付けてつぎの後続車両へ送信される。また、先頭車両３０の擬制的な偏差△０は、１台目の後続車両３１との車間距離ｍ１を調整するため、０以外の所定値に設定しても良い。
【００４１】
図４は先頭車両３０の制御内容を説明するフローチャート、図５は各後続車両３１の制御内容を説明するフローチャートである。図４において、車群速指定局１から先頭車両３０の目標車速ＰＬｖ０を道路に沿う送信装置２を介して通信する（ステップ１）。先頭車両３０は目標車速ＰＬｖ０を受信すると、自車の車速センサ４の検出値（実車速）を読み取る（ステップ２，ステップ３）。そして、目標車速ＰＬｖ０と実車速ＰＬｖとの偏差ＰＬ△ｖ＝ＰＬｖ０−ＰＬｖを求め、ＰＬ△ｖ＝０になるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する一方、自車の擬制的な偏差△０＝０を１台目の後続車両へ送信する（ステップ４〜ステップ７）。
【００４２】
図５において、ｉ台目の後続車両３１は直前の先行車両から偏差△ｉ−１を受信すると、直前の先行車両との車間距離ｍｉを計測する（ステップ８，ステップ９）。この車間距離ｍｉと直前の先行車両の偏差△ｉ−１とからこれらの差ｍｉ−△ｉ−１を自車の車体前端（車間距離の計測起点）から自車の仮想枠先端位置Ｐｉまでの距離ｋｉとして求め、この距離ｋｉに自車の車体全長Ｖｄｉを加える実際の仮想枠の長さＬｉと設定の仮想枠の長さＳｉとの偏差△ｉを求める（ステップ１０〜ステップ１４）。そして、△ｉ＝０になるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する一方、自車の偏差△ｉをつぎの後続車両へ送信する（ステップ１５〜ステップ１７）。
このようにして、先頭車両３０に連なる各後続車両３１の仮想枠は、直前の先行車両の仮想枠後端位置を自車の仮想枠先端位置Ｐｉとみなして１列に連結され、車群速指定局１の誘導信号を受けて先頭車両３０が目標車速ＰＬｖ０を維持するように走行すると、自車に設定の仮想枠の長さＳｉを保ちながら先頭車両と一体に移動する。各後続車両３１は実際の仮想枠の長さＬｉと設定の仮想枠の長さＳｉとの偏差△ｉが０になるようにアクセルおよびブレーキを介して自車の加減速を制御するので、先頭車両３０に連なる仮想枠の移動に追走する。この場合、実際の仮想枠の長さＬｉを求めるのに前方の車間距離ｍｉが計測されるが、その計測値ｍｉは直前の先行車両の偏差△ｉ−１を含むから、車体前端（車間距離の計測起点）から自車の仮想枠先端位置Ｐｉまでの距離ｋｉを確定するのに直前の先行車両から受信される偏差△ｉ−１が使われる。つまり、車間距離ｍｉから直前の先行車両の偏差△ｉ−１は排除され、これに自車の車体全長Ｖｄｉを加える距離として実際の仮想枠の長さＬｉは与えられる。
【００４３】
そのため、各後続車両３１は先行車両の偏差△ｉ−１の変動に関係なく、自車に仮想枠先端位置Ｐｉを基準に設定の仮想枠の長さＳｉを保つ車速制御を行うので、車群を構成する車両台数が多くなっても、簡単な車々間通信を行うのみで、原理的に車間距離の変動（疎密波）が発生しない車群走行を実現できる。直前の先行車両の偏差△ｉ−１は自車の現在の仮想枠先端位置Ｐｉの確定に使われ、自車の速度制御上の関数にならないから、各車両毎に独立の制御系に組めるため、その設計も容易になる。なお、先頭車両３０は車群速指定局１の誘導信号（目標車速）を受けず、運転者の指示に基づいて自走するようにしても良い。
【００４４】
各後続車両３１の仮想枠はそれぞれ車体全長Ｖｄｉや車両性能などから適正に設定されるが、車両の動特性変化に応じて制動距離は変化する。制動距離については、制動距離をＳ［ｍ］，空走時間をｔ０［ｓ］，制動初期速度をｖ０［ｍ／ｓ］，減速度をα［ｍ／ｓ２ ］とすると、Ｓ＝ｔ０・ｖ０＋（ｖ０ ２ ／２α）になる。ここで、減速度αは、ブレーキ力をＦｂ［Ｎ］，車両総重量をＷ［ｋｇ］，重力加速度をｇ［ｍ／ｓ２ ］，路面の傾きをθ［ｒａｄ］とすると、α＝（Ｆｂ ／Ｗ）−ｇ・ｓｉｎθで表される。また、ブレーキ力Ｆｂは、各車輪の荷重をｗｉ［ｋｇ］，タイヤと路面との摩擦係数をμｂとすると、Ｆｂ＝μｂ・ｗｉで表される。これらの関係式から制動距離の式を書き直すと、Ｓ＝ｔ０・ｖ０＋１／２・［ｖ０ ２ ・Ｗ／（μｂ・ｗｉ−Ｗ・ｇ・ｓｉｎθ）］になる。
【００４５】
そのため、図６においては、各後続車両３１に自車の実車速を検出する車速センサ１４が設けられ、仮想枠設定手段１２は図７のように自車の仮想枠の設定値をそのときの車速に応じた長さＳｉに変更する補正機能（ステップ１３，ステップ１４）が付加される。そして、仮想枠のそのときの長さＳｉに基づいて、図５と同じく車々間通信と自車の加減速を制御する。車群速指定局１の誘導指令は道路状況（高速道路と一般道路との差など）に応じて先頭車両３０への目標車速ＰＬｖ０を変化させることが考えられるが、そのような場合にも各後続車両３１は仮想枠の設定値が車速に応じた長さＳｉに調整されるため、いつも安全な車間距離を適確に維持することが可能になる。
【００４６】
図８においては、各後続車両３１に自車の総重量を検出する荷重センサ１５が設けられ、仮想枠設定手段１２は図９のように自車の仮想枠の設定値を車両の総重量に応じた長さＳｉに変更する補正機能（ステップ１３，ステップ１４）が付加される。そして、仮想枠のそのときの長さＳｉに基づいて、図５と同じく車々間通信と自車の加減速を制御する。トラックなど商用車では、積荷状態と空荷状態で車両の総重量が大きく変化するが、このように仮想枠の長さＳｉを補正することにより、いつも安全な車間距離（積荷時に大きく、空荷時に小さく）を維持できる。
【００４７】
図１０においては、各後続車両３１にタイヤと路面との摩擦係数を把握する摩擦係数推定手段１６が設けられ、仮想枠設定手段１２は図１１のように自車の仮想枠の設定値を摩擦係数に応じた長さＳｉに変更する補正機能（ステップ１３，ステップ１４）が付加される。そして、仮想枠のそのときの長さＳｉに基づいて、図５と同じく車々間通信と自車の加減速を制御する。摩擦係数の推定手段１６としては、摩擦係数の推定法（三菱自動車 テクニカルレビュー１９９３ ＮＯ．５ 『環境認識技術とシャシ制御への応用』参照）に拠るか、路面摩擦力を測定するμセンサ（社団法人自動車技術会 学術講演会前刷集９５３ １９９５ー５ 『路面摩擦力によるＡＢＳ制御方式Ｍ−ＡＢＳ装着車の性能について』参照）を採用する。
【００４８】
図１２においては、タイヤと路面との摩擦係数を把握する推定手段に代えて、各後続車両３１に雨滴を感知する雨感知センサ１７が設けられ、仮想枠設定手段１２は図１３のように雨感知センサ１７で降雨状態かどうか判定し、自車の仮想枠の設定値を降雨状態に応じた長さＳｉ に大きく変更する補正処理（ステップ１３，ステップ１４）が付加される。そして、仮想枠のそのときの長さＳｉに基づいて、図５と同じく車々間通信と自車の加減速を制御する。これだと、複雑な推定法に拠らず、路面摩擦力の変化を簡便に判定できる。
【００４９】
図１４においては、各後続車両３１にエンジンのアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１８と、自車の実車速を検出する車速センサ１４と、これらの検出値から下坂走行を判定する手段１９が設けられ、仮想枠設定手段１２は図１５のように下坂走行の判定を受けると、仮想枠の設定値を下坂用の長さＳｉ に変更する補正機能（ステップ１３〜ステップ１５）が付加される。そして、仮想枠のそのときの長さＳｉに基づいて、図５と同じく車々間通信と自車の加減速を制御する。
【００５０】
図示しないが、各車両毎に路面の傾斜状態を検出する勾配センサを設け、仮想枠設定手段は路面の勾配に応じて仮想枠の長さを登坂時に縮め、下坂走時に大きく変更できるようにしても良い。また、各車両毎に仮想枠の設定値を人為的に変化させる調整部を設け、仮想枠設定手段はその要求値に応じて仮想枠の長さなどを変更できるようにしても良い。
【００５１】
各後続車両３１において、既述のように実際の仮想枠の長さＬｉを設定の仮想枠の長さＳｉに一致させる車群走行制御が行われるが、この制御精度はまた車両毎にバラツキを生じる可能性がある。そのため、図１６においては、実際の仮想枠の長さＬｉと設定の仮想枠の長さＳｉとの偏差△ｉ から自車の制御精度を検出する手段２０が設けられ、仮想枠設定手段１２は自車の仮想枠の設定値を制御精度に応じた長さＳｉ に変更する補正機能が付加される。
【００５２】
図１７はその補正処理を含む制御内容を説明するフローチャートで、ｉ台目の後続車両において、直前の先行車両から偏差△ｉ−１を受信すると、直前の先行車両との車間距離ｍｉを計測し、この車間距離ｍｉと直前の先行車両の偏差△ｉ−１とからこれらの差ｍｉ−△ｉ−１を自車の車体前端（車間距離の計測起点）から自車の仮想枠先端位置Ｐｉまでの距離ｋｉとして求め、この距離ｋｉと自車の車体全長Ｖｄｉとから実際の仮想枠の長さＬｉを与える（ステップ８〜ステップ１２）。そして、仮想枠の長さＳｉ が決まると偏差△ｉ ＝Ｓｉ −Ｌｉ を求め、△ｉ ＝０になるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する一方、その制御精度として標準偏差（偏差△ｉの単位時間あたりの平均値）を計算し、仮想枠の設定値を標準偏差に応じた長さＳｉに変更する（ステップ１３〜ステップ１８）。また、自車の偏差△ｉ をつぎの後続車両へ送信する（ステップ１９）。
【００５３】
なお、図６〜図１５の各実施形態はそれぞれ単独でも車群走行の安全性を高める効果を得られるが、これらを統合する実施形態として、車両の制動距離に関する既述の書き直し式Ｓ＝ｔ０ ・ｖ０ ＋１／２・［ｖ０ ２ ・Ｗ／（μｂ ・ｗｉ −Ｗ・ｇ・ｓｉｎθ）］から、各車両毎に必要な制動距離を計算し、仮想枠の設定値をそれぞれ制動距離の変化量に応じた長さＳｉ に変更するようにしても良い。
【００５４】
【発明の効果】
第１の発明によれば、先頭車両に複数台の後続車両が連なる車群の走行制御装置において、先頭車両に自車の擬制的な偏差を１台目の後続車両へ送信する手段を設ける一方、各後続車両に直前の先行車両の偏差を受信する手段と、前方の車間距離を計測する手段と、自車の仮想枠を設定する手段と、自車の車体全長を格納する手段と、前方の車間距離と自車の車体全長と直前の先行車両の偏差とから自車の実際の仮想枠の長さを求める手段と、実際の仮想枠の長さと設定の仮想枠の長さとの偏差を求めて偏差が０になるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する手段と、自車の仮想枠の実際の長さと設定の長さとの偏差をつぎの後続車両へ送信する手段を備えるので、車群は車両位置でなく各後続車両の仮想枠を基準に組まれるため、車両の台数が多くなっても、簡単な車々間通信を行うのみで、原理的に車間距離の変動（疎密波）が発生しない車群走行を実現できる。また、自車のみを対象に制御系を組めるので、その設計も容易になる。
【００５５】
第２の発明によれば、第１の発明において、車群の外部から先頭車両への誘導信号として目標車速を送信する手段を設ける一方、先頭車両に外部から送信される目標車速を受信する手段と、自車の実車速を検出する手段と、実車速を目標車速に一致させるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する手段を備えるので、車群全体の走行状態を外部から適確に誘導できる。
【００５６】
第３の発明によれば、第１の発明における後続車両の実際の仮想枠の長さを求める手段は、直前の先行車両の実際の仮想枠の長さＬｉ−１と設定の仮想枠の長さＳｉ−１とから偏差を△ｉ−１＝Ｓｉ−１−Ｌｉ−１、前方車間距離の計測値をｍｉ、自車の車体全長をＶｄｉとして、自車の実際の仮想枠の長さＬｉ＝ｍｉ−△ｉ−１＋Ｖｄｉを計算するので、自車の仮想枠先端位置から自車の車体後端へ至る実際の距離（つまり、実際の仮想枠の長さ）を簡単に得られる。
【００５７】
第４の発明によれば、第１の発明における先頭車両の送信手段は、自車の擬制的な偏差として０を後続車両へ通信するので、１台目の後続車両の仮想枠先端位置を容易に確定できる。
【００５８】
第５の発明によれば、第２の発明における車群の外部から先頭車両への誘導信号として目標車速を送信する手段は、先頭車両への目標車速を指令する基地局と、その指令を道路に沿って先頭車両に通信する送信装置を備えるので、道路に沿う広い誘導範囲を１つの基地局で賄うことが可能になる。
【００５９】
第６の発明によれば、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段は、人為的に設定値を変化させる手段を備えるので、車間距離の恣意的な調整も可能になる。
【００６０】
第７の発明によれば、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段は、自車の実車速を検出する車速センサと、仮想枠の設定値を車速に応じた長さに補正する手段を備えるので、車群の走行速度に応じて安全な車間距離を適確に確保できる。
【００６１】
第８の発明によれば、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段は、自車の総重量を検出する荷重センサと、仮想枠の設定値を自車の総重量に応じた長さに補正する手段を備えるので、積載時にも安全な車間距離を適確に確保できる。
【００６２】
第９の発明によれば、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段は、自車のタイヤと路面との摩擦係数を求める手段と、仮想枠の設定値を摩擦係数に応じた長さに補正する手段を備えるので、天候などの要因で路面摩擦力が変化しても、安全な車間距離を適確に確保できる。
【００６３】
第１０の発明によれば、第１の発明にける各後続車両の仮想枠を設定する手段は、路面の傾斜を検出する勾配センサと、仮想枠の設定値を路面の勾配に応じた長さに補正する手段を備えるので、登坂走行時に車間距離を縮め、下坂走行時は車間距離を大きく取って安全に走行できる。
【００６４】
第１１の発明によれば、第１の発明にける各後続車両の仮想枠を設定する手段は、エンジンのアクセル開度を検出するアクセル開度センサと、車速を検出する車速センサと、これらの検出信号から下坂走行を判定する手段と、その下坂判定時に仮想枠の設定値の長さを大きく補正する手段を備えるので、制動距離が伸びる下坂走行時の安全性を高められる。
【００６５】
第１２の発明によれば、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段は、雨滴を感知する雨感知センサと、その検出信号に基づいて降雨状態を判定すると仮想枠の設定値の長さを大きく補正する手段を備えるので、降雨に因る路面摩擦力の低下に応じた安全な車間距離を適確に確保できる。
【００６６】
第１３の発明によれば、第１の発明における各後続車両の仮想枠を設定する手段は、制御制度として実際の仮想枠枠の長さと設定の仮想枠枠の長さとの標準偏差を求める手段と、その標準偏差に応じて設定の仮想枠の長さを補正する手段を備えるので、制御精度のバラツキを小さく抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を説明する概要図である。
【図２】同じく先頭車両の制御系を表すブロック図である。
【図３】同じく後続車両の制御系を表すブロック図である。
【図４】同じく先頭車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図５】同じく後続車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図６】別の実施形態を表す後続車両におけるブロック図である。
【図７】同じく後続車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図８】別の実施形態を表す後続車両におけるブロック図である。
【図９】同じく後続車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図１０】別の実施形態を表す後続車両におけるブロック図である。
【図１１】同じく後続車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図１２】別の実施形態を表す後続車両におけるブロック図である。
【図１３】同じく後続車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図１４】別の実施形態を表す後続車両におけるブロック図である。
【図１５】同じく後続車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図１６】別の実施形態を表す後続車両におけるブロック図である。
【図１７】同じく後続車両の制御内容を説明するフローチャートである。
【図１８】従来技術の説明図である。
【図１９】この発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
１ 位置指定局
２ 送信装置
３ 車載受信機
４ 車速センサ
５ アクセルアクチュエータ
６ ブレーキアクチュエータ
７ ＰＩＤ制御器
８ 車載送信機
９ レーザレーダ
１０ 車載受信機
１１ 車長設定手段
１２ 仮想枠設定手段
１３ ＰＩＤ制御器
１４ 車速センサ
１５ 荷重センサ
１６ 摩擦係数推定手段
１７ 雨感知センサ
１８ アクセル開度センサ
１９ 下坂判定手段
２０ 制御精度検出手段
Claims (13)
- 先頭車両に複数台の後続車両が連なる車群の走行制御装置において、先頭車両に自車の擬制的な偏差を１台目の後続車両へ送信する手段を設ける一方、各後続車両に直前の先行車両の偏差を受信する手段と、前方の車間距離を計測する手段と、自車の仮想枠を設定する手段と、自車の車体全長を格納する手段と、前方の車間距離と自車の車体全長と直前の先行車両の偏差とから自車の実際の仮想枠の長さを求める手段と、実際の仮想枠の長さと設定の仮想枠の長さとの偏差を求めて偏差が０になるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する手段と、自車の仮想枠の実際の長さと設定の長さとの偏差をつぎの後続車両へ送信する手段を備えることを特徴とする車群走行制御装置。
- 車群の外部から先頭車両への誘導信号として目標車速を送信する手段を設ける一方、先頭車両に外部から送信される目標車速を受信する手段と、自車の実車速を検出する手段と、実車速を目標車速に一致させるように自車のアクセルおよびブレーキを制御する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の車群走行制御。
- 後続車両の実際の仮想枠の長さを求める手段は、直前の先行車両の実際の仮想枠の長さＬｉ−１と設定の仮想枠の長さＳｉ−１とから偏差を△ｉ−１＝Ｓｉ−１−Ｌｉ−１、前方車間距離の計測値をｍｉ、自車の車体全長をＶｄｉとして、自車の実際の仮想枠の長さＬｉ＝ｍｉ−△ｉ−１＋Ｖｄｉを計算することを特徴とする請求項１に記載の車群走行制御装置。
- 先頭車両の送信手段は自車の擬制的な偏差として０を後続車両へ通信することを特徴とする請求項１に記載の車群走行制御装置。
- 車群の外部から先頭車両への誘導信号として目標車速を送信する手段は、先頭車両への目標車速を指令する基地局と、その指令を道路に沿って先頭車両に通信する送信装置を備えることを特徴とする請求項２に記載の車群走行制御装置。
- 各後続車両の仮想枠を設定する手段は、人為的に設定値を変化させる手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の車群走行制御装置。
- 各後続車両の仮想枠を設定する手段は、自車の実車速を検出する車速センサと、仮想枠の設定値を車速に応じた長さに補正する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の車群走行制御装置。
- 各後続車両の仮想枠を設定する手段は、自車の総重量を検出する荷重センサと、仮想枠の設定値を自車の総重量に応じた長さに補正する手段を備えること特徴とする請求項１に記載の車群走行制御装置。
- 各後続車両の仮想枠を設定する手段は、自車のタイヤと路面との摩擦係数を求める手段と、仮想枠の設定値を摩擦係数に応じた長さに補正する手段を備えること特徴とする請求項１に記載の車群走行制御装置。
- 各後続車両の仮想枠を設定する手段は、路面の傾斜を検出する勾配センサと、仮想枠の設定値を路面の勾配に応じた長さに補正する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の車群走行制御装置。
- 各後続車両の仮想枠を設定する手段は、エンジンのアクセル開度を検出するアクセル開度センサと、車速を検出する車速センサと、これらの検出信号から下坂走行を判定する手段と、その下坂判定時に仮想枠の設定値の長さを大きく補正する手段を備えること特徴とする請求項１に記載の車群走行制御装置。
- 各後続車両の仮想枠を設定する手段は、雨滴を感知する雨感知センサと、その検出信号に基づいて降雨状態を判定すると仮想枠の設定値の長さを大きく補正する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の車群走行制御装置。
- 各後続車両の仮想枠を設定する手段は、制御精度として実際の仮想枠の長さと設定の仮想枠の長さとの標準偏差を求める手段と、その標準偏差に応じて設定の仮想枠の長さを補正する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の車群走行制御装置。
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