JP3661496B2 - 先行車追従制御装置 - Google Patents

Description

【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つつ追従走行する先行車追従制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、先に、特願平１０−２４０１８０号として下記のような先行車追従制御装置を提案している。
この先願発明における先行車追従制御装置は、車速指令値演算手段で、減衰係数と固有振動数により規定されるフィルタを用いて目標車間距離（先願発明での車間距離指令値に相当する）から車間距離指令値（先願発明での目標車間距離に相当する）と目標相対速度を演算し、自車速検出値、相対速度検出値、車間距離検出値、目標車間距離および目標相対速度に基づいて車速指令値を演算し、この車速指令値に基づいて車速を制御して追従走行制御を行い、車速指令値演算手段で使用する減衰係数及び固有振動数を、制御応答決定手段で、車間距離指令値と車間距離検出値との偏差と相対速度とに応じた車間距離制御系の減衰係数と固有振動数を予め設定したマップを参照して決定するように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先願発明にあっては、車間距離偏差及び相対速度と減衰係数及び固有振動数との関係を設定したマップを作成するに当たり、先行車が定速走行していることを前提にスケジューリング化するようにしているため、追従走行中の先行車が停止するために減速したときに、運転者に違和感を与えるという未解決の課題がある。
【０００４】
すなわち、図１０に示すように、横軸に時間を取り、縦軸に車間距離を取ったときに、今時点ｔ１で定速走行している先行車を捕捉し、そのときの車間距離Ｌが先行車の車速Ｖｔに基づいて求めた一点鎖線図示の目標車間距離Ｌ^* より十分に大きいものとする。この状態では、車間距離Ｌを目標車間距離Ｌ^* に一致させるように破線図示の車間距離指令値Ｌ_T を徐々に減少させ、実際の車間距離Ｌも徐々に減少させる。このとき、車間距離偏差及び相対速度に基づいて減衰係数及び固有振動数を設定し、これらに基づいて目標車間距離演算部でフィルタ処理を行って車間距離指令値Ｌ_T を算出するので、運転者に違和感を与えることなく減速制御を行うことができる。
【０００５】
ところが、減速制御中に、時点ｔ２で先行車が停止するために減速を始めると、目標距離演算部でのフィルタ処理が先行車を捕捉した時点での車間距離及び相対速度を初期値としている関係で車間距離指令値Ｌ_T は先行車の減速に対処することができず、目標車間距離に収束しない状態となり、このため、相対車速がある程度ある状態では目標車間距離に追従できなくなり、ある時点で実際の車間距離Ｌを車間距離指令値Ｌ_T に強制的に合わせる制御が行われることにより、制動力が大きくなって運転者に違和感を与える。
【０００６】
逆に、先行車を捕捉していない状態で、他車線から先行車が割込んで、目標車間距離より短い車間距離で先行車を捕捉したときには、固有振動数及び減衰係数が先行車が定速走行していることを前提に応答を遅くして、ゆっくり収束させるように設定させているので、制動力が弱く、車間距離がゆっくりと広がることになるため、運転者に違和感を与える。
【０００７】
そこで、本発明は、上記先願発明の未解決の課題に着目してなされたものであり、追従走行制御中に先行車が減速したり、目標車間距離より短い車間距離で先行車が割込んだ場合でも運転者に違和感を与えることなく車間距離を適切に目標車間距離に一致させ追従制御を行うことができる先行車追従制御装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る先行車追従制御装置は、先行車との車間距離を検出する車間距離検出手段と、先行車との相対速度を検出する相対速度検出手段と、自車速を検出する自車速検出手段と、前記自車速検出検出手段で検出した自車速に基づいて目標車間距離を演算する目標車間距離演算手段と、前記目標車間距離演算手段で演算した目標車間距離をもとに車間距離指令値を演算する車間距離指令値演算手段と、該車間距離指令値演算手段で演算した車間距離指令値に基づいて目標車速を演算する目標車速演算手段と、該目標車速演算手段で演算した目標車速に自車速を一致させるように制御する車速制御手段と、前記目標車間距離演算手段で演算した目標車間距離、前記車間距離指令値演算手段で演算した車間距離指令値及び前記車間距離検出手段で検出した車間距離の大小関係に応じて、前記車間距離指令値演算手段で前記車間距離指令値を演算するために必要とする車間距離制御の応答特性を決定する制御応答決定手段と、を有することを特徴としている。
【０００９】
この請求項１に係る発明においては、車間距離指令値演算手段で、先行車との車間距離を所定の応答特性で目標車間距離に一致させる車間距離指令値を演算し、目標車速演算手段で、車間距離を車間距離指令値に一致させる目標車速を演算し、車速制御手段で目標車速と自車速検出値とを一致させるように駆動力・制動力を制御して目標車間距離を維持する追従走行制御を行う。このとき、車間距離指令値演算手段で必要とする車間距離制御の応答特性を、制御応答決定手段によって、目標車間距離、車間距離指令値及び実際の車間距離の大小関係に基づいて、先行車が停止するために減速したり、目標車間距離より短い車間距離で割込んできた先行車を捕捉したときのように応答特性を高める必要がある状況を判断しながら決定することが可能となり、最適な追従制御を行うことができる。
【００１０】
また、請求項２に係る先行車追従制御装置は、請求項１に係る発明において、前記車間距離指令値演算手段は、入力される目標車間距離に対して所定の減衰係数及び所定の固有振動数で規定される規範モデルを使用して車間距離指令値を演算するように構成され、前記制御応答決定手段は、自車両の制動中における前記目標車間距離、前記車間距離指令値演算手段で演算された車間距離指令値及び当該車間距離指令値の演算時における実際の車間距離の大小関係から要高応答状態であるか否かを判定する要高応答状態判定手段と、該要高応答状態判定手段で要高応答状態ではないと判定されたときに前記所定の固有振動数を継続して選択し、要高応答状態であると判定されたときに前記所定の固有振動数の値よりも大きな高応答用固有振動数を選択する選択手段とを備えていることを特徴としている。
【００１１】
この請求項２に係る発明においては、要高応答状態判定手段で、先行車が停止するために減速したり、目標車間距離より短い車間距離で割込んできた先行車を捕捉したときのように高応答性を必要とする要高応答状態であるか否かを判定し、選択手段で、要高応答状態でないときには、所定の固有振動数を継続して選択することにより、比較的緩やかな応答特性で車間距離を制御し、要高応答状態であるときには、所定の固有振動数の値より大きな高応答用固有振動数を選択して不要な制動や制動不足を緩和する。
【００１２】
さらに、請求項３に係る先行車追従制御装置は、請求項２に係る発明において、前記要高応答状態判定手段は、前記車間距離指令値が実際の車間距離より大きく且つ当該車間距離指令値が目標車間距離より大きいときに要高応答状態であると判定するように構成されていることを特徴としている。
この請求項３に係る発明においては、車間距離指令値＞実際の車間距離で且つ当該車間距離指令値＞目標車間距離であるときに先行車が停止のための減速を行う可能性があるものと判断して要高応答状態であると判定する。
【００１３】
さらにまた、請求項４に係る先行車追従制御装置は、請求項２に係る発明において、前記要高応答状態判定手段は、前記目標車間距離より車間距離指令値が小さく、当該車間距離指令値より実際の車間距離が小さいときに要高応答状態であると判定するように構成されていることを特徴としている。
この請求項４に係る発明においては、目標車間距離＞車間距離指令値＞実際の車間距離であるときに先行車が割込んだものと判断して要高応答状態であると判定する。
【００１４】
なおさらに、請求項５に係る先行車追従制御装置は、請求項２乃至４の何れかの発明において、前記選択手段は、先行車に接近しているときにのみ高応答用固有振動数を選択可能に構成されていることを特徴としている。
この請求項５に係る発明においては、自車両が先行車に接近しているときにのみ高応答用固有振動数を選択可能としているので、不用意に高応答用固有振動数が設定されることを抑制する。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に係る先行車追従制御装置によれば、車間距離指令値演算手段で車間距離指令値を演算するために必要とする応答特性を、制御応答決定手段によって、目標車間距離、車間距離指令値及び実際の車間距離の大小関係に基づいて、先行車が停止するために減速したり、目標車間距離より短い車間距離で割込んできた先行車を捕捉したときのように応答特性を高める必要がある状況を判断しながら応答特性を決定することが可能となり、運転者に違和感を与えることなく最適な追従制御を行うことができるという効果が得られる。
【００１６】
また、請求項２に係る先行車追従制御装置によれば、先行車が停止するために減速したり、目標車間距離より短い車間距離で割込んできた先行車を捕捉したときのように高応答性を必要とする要高応答状態であるか否かを確実に判定し、要高応答状態でないときには、所定の固有振動数を選択するとにより、比較的緩やかな応答特性で車間距離を制御し、要高応答状態であるときには、所定の固有振動数の値よりも大きい高応答用固有振動数を選択して不要な制動や制動不足を緩和して、運転者に違和感を与えることを防止することができるという効果が得られる。
【００１７】
さらに、請求項３に係る先行車追従制御装置によれば、車間距離指令値＞実際の車間距離で且つ当該車間距離指令値＞目標車間距離であるときに先行車が停止のための減速を行う可能性があるものと判断して要高応答状態であると判定するので、不必要に高応答特性とすることなく、先行車が停止のために減速することによる急な制動力を緩和して最適な応答特性で追従走行制御を行うことができるという効果が得られる。
【００１８】
さらにまた、請求項４に係る先行車追従制御装置によれば、目標車間距離＞車間距離指令値＞実際の車間距離であるときに先行車が割込んだものと判断して要高応答状態であると判定するので、不必要に高応答特性とすることなく、目標車間距離より短い車間距離で先行車が割込んだときに、制動力不足を緩和して最適な応答特性で追従走行制御を行うことができるという効果が得られる。
【００１９】
なおさらに、請求項５に係る先行車追従制御装置によれば、自車両が先行車に接近しているときにのみ高応答用固有振動数を選択可能としているので、不用意に高応答用固有振動数が設定されることを抑制することができるという効果が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す概略構成図であって、図中、Ｃは車両であって、その前方端にレーザ光を掃射して先行車からの反射光を受光するレーダ方式の構成を有する車間距離センサ１が配設されている。なお、車間距離センサ１としては、レーザ光に限らず電波や超音波を利用して車間距離を計測するようにしてもよい。
【００２１】
また、エンジンＥで発生される回転駆動力が車速とエンジントルクに応じて変速ギヤ比が制御される自動変速機Ｔに伝達され、この自動変速機Ｔから後輪又は前輪の駆動輪に伝達され、各車輪にディスクブレーキ等の制動装置Ｂが設けられている。
そして、自動変速機Ｔの出力軸に車速センサ２が取付けられ、この車速センサ２から出力軸の回転速度に応じた周期のパルス列を出力する。また、エンジンＥに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更してエンジン出力を調整するスロットルアクチュエータ３が配設されている。
【００２２】
また、スロットルアクチュエータ３、自動変速機Ｔ及び制動装置Ｂが追従制御用コントローラ５によって制御される。この追従制御用コントローラ５には、車間距離センサ１及び車速センサ２の各出力信号が入力され、この追従制御用コントローラ５によって、車間距離センサ１で検出した車間距離Ｌ、車輪速度センサ２で検出した自車速Ｖｓに基づいて、スロットルアクチュエータ３、自動変速機Ｔ及び制動装置Ｂを制御することにより、先行車両との間に適正な車間距離を維持しながら追従走行する追従走行制御を行う。
【００２３】
この追従制御用コントローラ２０は、マイクロコンピュータとその周辺機器を備え、マイクロコンピュータのソフトウェア形態により、図２に示す制御ブロックを構成している。
この制御ブロックは、車間距離センサ１でレーザー光を掃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を演算する測距信号処理部２１と、車速センサ１３からの車速パルスの周期を計測し、自車速Ｖｓを演算する車速信号処理部３０と、測距信号処理部２１で演算された車間距離Ｌ及び車速信号処理部３０で演算した自車速Ｖｓに基づいて車間距離Ｌを目標車間距離Ｌ^* に維持する目標車速Ｖ^* を演算する車間距離制御手段としての車間距離制御部４０と、この車間距離制御部４０で演算した目標車速Ｖ^* 及び相対速度ΔＶに基づいてスロットルアクチュエータ３、自動変速機Ｔ及び制動装置Ｂを制御して、自車速を目標車速Ｖ^* に一致するように制御する車速制御手段としての車速制御部５０とを備えている。
【００２４】
車間距離制御部４０は、測距信号処理部２０から入力される車間距離Ｌに基づいて先行車との相対速度ΔＶを演算する相対速度演算部４１と、車速信号処理部３０から入力される自車速Ｖｓに基づいて先行車と自車との間の目標車間距離Ｌ^* を算出する目標車間距離設定部４２と、相対速度演算部４１で演算された相対速度ΔＶ及び目標車間距離設定部４２で算出された目標車間距離Ｌ^* に基づいて減衰係数ζ及び固有振動数ω_n を使用する規範モデルによって車間距離Ｌを目標車間距離Ｌ^* に一致させるための車間距離指令値Ｌ_T を演算する車間距離指令値演算部４３と、この車間距離指令値演算部４３で演算された車間距離指令値Ｌ_T に基づいて車間距離Ｌを車間距離指令値Ｌ_T に一致させるための目標車速Ｖ^* を演算する目標車速演算部４４と、相対速度演算部４１で演算した相対速度ΔＶ、目標車間距離設定部４２で設定した目標車速Ｌ^* 、車間距離指令値演算部４３で演算した車間距離指令値Ｌ_T 及び測距信号処理部２１で計測さた車間距離Ｌに基づいて車間距離指令値演算部４３で使用する減衰係数ζ及び固有振動数ω_n を決定する制御応答決定部４５とを備えている。
【００２５】
ここで、相対速度演算部４１は、測距信号処理部２０から入力される車間距離Ｌを例えばバンドパスフィルタ処理するバンドパスフィルタで構成されている。このバンドパスフィルタは、その伝達関数が下記（１）式で表すことができ、分子にラプラス演算子ｓの微分項を有するので、実質的に車間距離Ｌを微分して相対速度ΔＶを近似的に演算することになる。
【００２６】
Ｆ(s) ＝ω_C ² ｓ／（ｓ² ＋２ζ_C ω_C ｓ＋ω_C ² ） …………（１）
但し、ω_C ＝２πｆ_C 、ｓはラプラス演算子、ζ_C は減衰係数である。
このように、バンドパスフィルタを使用することにより、車間距離Ｌの単位時間当たりの変化量から簡易的な微分演算を行って相対速度ΔＶを算出する場合のように、ノイズに弱く、追従制御中にふらつきが生じるなど、車両挙動に影響を与えやすいことを回避することができる。なお、（１）式におけるカットオフ周波数ｆ_C は、車間距離Ｌに含まれるノイズ成分の大きさと、短周期の車体前後の加速度変動の許容値とにより決定する。また、相対速度ΔＶの算出には、バンドパフィルタを使用する場合に代えて、車間距離Ｌにハイパスフィルタ処理を行うハイパスフィルタで微分処理を行うようにしてもよい。
【００２７】
また、目標車間距離設定部４２は、自車速Ｖｓに相対速度ΔＶを加算して算出した先行車車速Ｖｔ（＝Ｖｓ＋ΔＶ）と自車が現在の先行車の後方Ｌ₀ ［ｍ］の位置に到達するまでの時間Ｔ₀ （車間時間）とから下記（２）式に従って先行車と自車との間の目標車間距離Ｌ^* を算出する。
Ｌ^* ＝Ｖｔ×Ｔ₀ ＋Ｌ_S …………（２）
この車間時間という概念を取り入れることにより、車速が速くなるほど、車間距離が大きくなるように設定される。なお、Ｌ_S は停止時車間距離である。
【００２８】
さらに、車間距離指令値演算部４３は、車間距離Ｌ、目標車間距離Ｌ^* に基づいて、車間距離Ｌをその目標値Ｌ^* に保ちながら追従走行するための車間距離指令値Ｌ_T を演算する。具体的には、入力される目標車間距離Ｌ^* に対して、車間距離制御系における応答特性を目標の応答特性とするための制御応答決定部４５で決定される減衰係数ζ及び固有振動数ω_n を用いた下記（３）式で表される規範モデルＧ_T (s) に従った二次遅れ形式のフィルタ処理を行うことにより、車間距離指令値Ｌ_T を演算する。
【００２９】
【数１】

【００３０】
さらにまた、目標車速演算部４４は、入力される車間距離指令値Ｌ_T に基づいてフィードバック補償器を使用して目標車速Ｖ^* を演算する。具体的には、下記（４）式に示すように、先行車車速Ｖｔから車間距離指令値Ｌ_T と実車間距離Ｌとの偏差（Ｌ_T −Ｌ）に距離制御ゲインｆｄを乗じた値と、相対速度ΔＶに速度制御ゲインｆｖを乗じた値との線形結合を減じることにより、目標車速Ｖ^* を算出する。
【００３１】
Ｖ^* ＝Ｖｔ−｛ｆｄ（Ｌ_T −Ｌ）＋ｆｖ・ΔＶ｝ …………（４）
なおさらに、制御応答決定部４５は、制御ブロックで表すと、図３に示すように、相対速度ΔＶと目標車間距離Ｌ^* 及び車間距離Ｌの偏差ΔＬとをもとに後述する表１の固有振動数算出用記憶テーブルを参照して固有振動数ω_T を算出する固有振動数算出部４５１と、固有振動数算出用記憶テーブルに設定されている固有振動数ω_T の値より大きな高応答用固有振動数ω_nH（例えばω_nH＝０．５ｒａｄ／ｓ）が設定された高応答用固有振動数設定部４５２と、固有振動数算出部４５１で算出した固有振動数ω_T と高応答用固有振動数設定部４５２で設定された高応答用固有振動数ω_nHとの何れかを選択して固有振動数ω_n として車間距離指令値演算部４３に送出する選択部４５３と、目標車間距離Ｌ^* 、車間距離指令値Ｌ_T 及び車間距離Ｌの相対関係から要高応答状態であるか否かを判定する要高応答判定部４５４と、相対速度ΔＶと目標車間距離Ｌ^* 及び車間距離Ｌの偏差ΔＬとをもとに後述する表２の減衰係数算出用記憶テーブルを参照して減衰係数ζを算出し、これを車間距離指令値演算部４３に送出する減衰係数算出部４５５とで構成されている。
【００３２】
ここで、固有振動数算出部４５１は、実車間距離Ｌが目標車間距離Ｌ^* に到達するまでの車間距離制御の応答特性を、車間距離偏差ΔＬ（＝Ｌ−Ｌ^* ）と相対速度ΔＶとに応じた最適な応答特性とするために、車間距離制御系の固有振動数ω_T を車間距離偏差ΔＬ及び相対速度ΔＶに応じて算出する。
具体的には、先行車が定速走行しているものと仮定した状態で、種々の追従シーンにおいて最適な車間距離制御の応答特性が得られるように、下記表１に示すように、車間距離偏差ΔＬ及び相対速度ΔＶと車間距離制御系の個有振動数ω_T との関係を表すを固有振動数算出用記憶テーブルを設定し、車間距離偏差ΔＬ及び相対速度ΔＶをもとに記憶テーブルを参照して固有振動数ω_T を算出する。ここで、固有振動数算出用記憶テーブルは、表１に示すように、相対速度ΔＶが“０”であるとき及び車間距離偏差ΔＬが“０”であるときを夫々ｘ軸及びｙ軸とする４象限にスケジューリングされている。このうち車間距離偏差ΔＬが負でとなる２つの象限が先行車割込に対処する応答特性となるように設定され、車間距離偏差ΔＬが制となる２つの象限のうち相対速度ΔＶが負となる象限は先行車が遠方にあって自車両が接近する場合に対処する応答特性となるように設定され、残りの象限が先行車が遠方にあって自車両から離れていく場合に対処する応答特性となるように設定され、全体として実車間距離Ｌが目標車間距離Ｌ^* にゆっくりと収束する応答特性が得られるように固有振動数ω_T が設定されている。そして、接近シーンなどにおいて相対速度ΔＶが大きいときでも車間距離が長い場合は急な減速を行わず、実車間距離Ｌが目標車間距離Ｌ^* にゆっくりと収束するような応答が好ましい。このような追従シーンでは、実車間距離Ｌが目標車間距離Ｌ^* をオーバーシュート又はアンダーシュートしてから収束するような二次の応答特性となり、そのような応答は前述した（３）式のフィルタにより実現することができる。
【００３３】
【表１】

【００３４】
また、要高応答判定部４５４は、Ｌ_T ＞Ｌ且つＬ_T ＞Ｌ^* であるときには、先行車が停止するために減速する可能性がある要高応答状態であると判断すると共に、Ｌ^* ＞Ｌ_T ＞Ｌであるときには目標車間距離Ｌ^* より短い車間距離Ｌで先行車が割込んできた要高応答状態であると判断し、これら要高応答状態であると判断したときに例えば論理値“１”の選択信号ＳＳを選択部４５３に送出し、それ以外の場合には論理値“０”の選択信号ＳＳを選択部４５３に送出する。選択部４５３では、選択信号ＳＳが論理値“１”であるときに高応答用固有振動数設定部４５２で設定された高応答用固有振動数ω_nHを固有振動数ω_n として選択し、論理値“０”であるときには固有振動数算出部４５１で算出された固有振動数ω_T を固有振動数ω_n として選択する。
【００３５】
さらに、減衰係数算出部４５５も、前述した固有振動数算出用記憶テーブルと同様に、実車間距離Ｌが目標車間距離Ｌ^* に到達するまでの車間距離制御の応答特性を、車間距離偏差ΔＬ（＝Ｌ−Ｌ^* ）と相対速度ΔＶとに応じた最適な応答特性とするために、車間距離制御系の減衰係数ζを下記表２に示す車間距離偏差ΔＬ及び相対速度ΔＶと減衰係数ζとをスケジューリングした減衰係数算出用記憶テーブルを参照して算出する。
【００３６】
【表２】

【００３７】
このような車間距離制御系は、ブロック線図で表すと、図４に示すように、目標車間距離演算部４２で演算された目標車間距離Ｌ^* をフィードフォワード補償器を構成する規範モデル４６で車間距離指令値Ｌ_T に変換し、この車間距離指令値Ｌ_T と実際の車間距離Ｌとの偏差を減算器４７で算出し、この偏差をフィードバック補償器４８で目標車速Ｖ^* に変換して制御対象Ｃを制御するように構成される。
【００３８】
そして、追従制御用コントローラ５では、図５に示すフローチャートに従って上述した車間距離制御系で行う車間距離制御処理を実行する。
この制御処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎のメインプログラムに対するタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ１で、測距信号処理部２１で演算した実車間距離Ｌ、及び車速信号処理部３０で換算した自車速Ｖｓを読込み、次いでステップＳ２に移行して、実車間距離Ｌに対して前記（１）式に基づくバンドパスフィルタ処理を行うことにより、相対速度ΔＶを算出し、これを相対速度記憶領域に更新記憶してからステップＳ３に移行する。
【００３９】
このステップＳ３では、自車速Ｖｓに相対速度ΔＶを加算して先行車車速Ｖｔ（＝Ｖｓ＋ΔＶ）を算出し、これを先行車車速記憶領域に更新記憶し、次いでステップＳ４に移行して、前記（２）式の演算を行って目標車間距離Ｌ^* を算出してからステップＳ５に移行する。
このステップＳ５では、ステップＳ２で算出した相対速度ΔＶ、ステップＳ４で算出した目標車間距離Ｌ^* を読込み、実車間距離Ｌから目標車間距離Ｌ^* を減算して車間距離偏差ΔＬを算出し、次いでステップＳ６に移行して、相対速度ΔＶ及び車間距離偏差ΔＬをもとに前述した表１及び表２の固有振動数算出用記憶テーブル及び減衰係数算出用記憶テーブルを参照して固有振動数ω_T 及び減衰係数ζを算出し、固有振動数ω_T を固有振動数ω_n として所定の固有振動数記憶領域に更新記憶すると共に、減衰係数ζを所定の減衰係数記憶領域に更新記憶する。
【００４０】
次いで、ステップＳ７に移行して、ブレーキ制御中であるか否かを判定する。この判定は、後述する車速制御部５０で算出される目標制・駆動力Ｆ^* が負の所定制動力用閾値ＴＨ_B より小さくなって、制動装置Ｂが作動される状態となっているたか否かを判定することにより行い、Ｆ^* ＞ＴＨ_B であるときには、非制動中であり、自車両が先行車に接近していないものと判断してステップＳ８に移行し、目標車間距離Ｌ^* に対して固有振動数記憶領域及び減衰係数記憶領域に記憶されている固有振動数ω_n 及び減衰係数ζに基づいてカットオフ周波数が例えば０．５Ｈｚに設定された前述した（３）式のフィルタ処理を行って、車間距離指令値Ｌ_T を算出し、これを車間距離指令値記憶領域に更新記憶してからステップＳ９に移行し、前記（４）式の演算を行って、目標車速Ｖ^* を算出し、これを車速制御部５０に送出してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
【００４１】
一方、ステップＳ７の判定結果がＦ^* ≦ＴＨ_B であるときには、自車両が先行車に接近しつつあるものと判断してステップＳ１０に移行する。
このステップＳ１０では、車間距離指令値記憶領域に記憶されている車間距離指令値Ｌ_T が目標車間距離Ｌ^* を越えているか否かを判定し、Ｌ_T ＞Ｌ^* であるときには、ステップＳ１１に移行して、車間距離指令値Ｌ_T が実車間距離Ｌを越えているか否かを判定し、Ｌ_T ≦Ｌであるときには前述した先行車が停止のために減速する可能性がある要高応答状態ではないものと判断してそのまま前記ステップＳ８に移行し、Ｌ_T ＞Ｌであるときには要高応答状態であると判断してステップＳ１２に移行し、高応答用固有振動数ω_nH（＝０．５ｒａｄ／ｓ）を固有振動数記憶領域に更新記憶してから前記ステップＳ８に移行する。
【００４２】
また、ステップＳ１０の判定結果が、Ｌ_T ≦Ｌ^* であるときにはステップＳ１３に移行し、車間距離指令値Ｌ_T が実車間距離Ｌより大きいか否かを判定し、Ｌ_T ＞Ｌであるときには目標車間距離Ｌ^* より短い車間距離で先行車が割込んだ要高応答状態であると判断して前記ステップＳ１２に移行し、Ｌ_T ≦Ｌであるときには要高応答状態ではないものと判断して前記ステップＳ８に移行する。
【００４３】
この図５の処理において、ステップＳ２の処理が相対速度演算手段に対応し、ステップＳ４の処理が目標車間距離演算手段に対応し、ステップＳ５〜Ｓ７及びＳ１０〜Ｓ１３の処理が制御応答決定手段に対応し、ステップＳ８の処理が車間距離指令値演算手段に対応し、ステップＳ９の処理が目標車速演算手段に対応している。
【００４４】
さらに、車速制御部５０は、入力される目標車速Ｖ^* に自車速Ｖｓを一致させるための駆動力指令値Ｆ_OR及び外乱推定値ｄ_V ′を算出し、これらの偏差でなる目標制・駆動力Ｆ^* を算出する車速サーボ系で構成され、この車速サーボ系としては例えば特開平１０−２７２９６３号に開示されているようにモデルマッチング補償器とロバスト補償器とで構成されるロバストモデルマッチング制御手法による車速サーボ系や一般的なフィードバック制御系を適用し得る。
【００４５】
そして、車速制御部５０より出力される目標制・駆動力Ｆ^* に基づいてスロットルアクチュエータ３、自動変速機Ｔ及び制動装置Ｂが制御されて車間距離Ｌが目標車間距離Ｌ^* に一致するように追従制御される。
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、車両が図６に示すように先行車を捕捉しない状態で、設定車速Ｖ_SET で定速走行している状態で、時点ｔ１１で定速走行している先行車に大きな相対速度で追いつくことにより、車間距離センサ１で先行車を捕捉したものとする。
【００４６】
この時点ｔ１１では、先行車との実車間距離Ｌが一点鎖線図示の目標車間距離Ｌ^* より十分に大きく、車間距離偏差ΔＬが正の大きな値となっており、相対速度ΔＶは自車両が先行車に追いついたので負の大きな値となっているものとすると、図５の車間距離制御処理において、ステップＳ４で算出される目標車間距離Ｌ^* は先行車車速Ｖｔに基づいて算出されるので一定値を継続し、ステップＳ６で算出される固有振動数ω_T は０．２ｒａｄ／ｓ程度に設定され、減衰係数ζは０．１程度に設定される。このとき、自車両では非制動中であるので、ステップＳ７からＳ８に移行して、車間距離指令値Ｌ_T を求めるステップＳ６で設定された固有振動数ω_T 及び減衰係数ζに基づいてフィルタ処理を実行するが、初期値として先行車を捕捉した時点での実車間距離Ｌ₀ が設定され、この初期値を積分することになるため、車間距離指令値Ｌ_T はゆったりした応答特性となって、破線図示のように緩やかに減少を開始し、これに応じて、ステップＳ９で算出される目標車速Ｖ^* も徐々に小さくなるため、車速制御部５０で算出される目標制・駆動力Ｆ^* も正の値を維持して緩やかに減少し、これに応じてスロットルアクチュエータ３がスロットルバルブのスロットル開度を徐々に閉める方向に制御されることにより自車速Ｖｓが減少し、実車間距離Ｌも実線図示のように緩やかに減少する。
【００４７】
この間、制動装置Ｂが非制動状態を継続するので、図５の車間距離制御処理では、表１及び表２に基づいて算出される固有振動数ω_T 及び減衰係数ζに基づいて比較的ゆったりとした応答特性で車間距離指令値Ｌ_T が算出される状態が継続され、これに対して、実車間距離Ｌが大きな応答特性で低下すると、実車間距離Ｌを車間距離指令値Ｌ_T に近づけるために、目標車速Ｖ^* が低下することにより、車速制御部５０で算出される目標制・駆動力Ｆ^* が時点ｔ１２で負となって、制動装置Ｂが作動されて緩制動状態に移行する。
【００４８】
このようにブレーキ制御状態となると、図５の処理において、ステップＳ７からステップＳ１０に移行し、時点ｔ１２では、図６に示すように車間距離指令値Ｌ_T が目標車間距離Ｌ^* より大きいのでステップＳ１１に移行し、車間距離指令値Ｌ_T が実車間距離Ｌより大きいので、要高応答状態であると判断して、ステップＳ１２に移行し、高応答用固有振動数ω_nHを固有振動数ω_n として固有振動数記憶領域に更新記憶するため、ステップＳ８のフィルタ処理における応答特性が高められ、これによって、算出される車間距離指令値Ｌ_T が大きな傾きで減少をし始め目標車間距離Ｌ^* への速い収束が行われ、この間緩制動状態が継続される。
【００４９】
したがって、その後の時点ｔ１３で、先行車が停止するために減速を開始することにより、目標車間距離Ｌ^* が比較的大きな減少量で減少することになっても、この目標車間距離Ｌ^* に向けて車間距離指令値Ｌ_T が収束することになり、前述した従来例のように、車間距離指令値Ｌ_T に対して実車間距離Ｌの低下が大きくなってしまうことにより、実車間距離Ｌを車間距離指令値Ｌ_T に収束させるために強い制動力を作用させることがなく、安定した車間距離制御を行うことができる。
【００５０】
その後、実車間距離Ｌが減少することにより目標車間距離Ｌ^* に近づいて、両者の偏差が小さくなると、ステップＳ９で算出される目標車速Ｖ^* と自車速Ｖｓとの偏差が小さくなり、車速制御部５０で算出される目標制・駆動力Ｆ^* が“０”近傍の値に増加して、制動力閾値ＴＨ_B を上回る状態となると、図５の車間距離制御処理において、ステップＳ７から直接ステップＳ８に移行して、ステップＳ６で算出される固有振動数ω_T がそのままフィルタ処理で使用されることになり、車間距離指令値Ｌ_T の応答特性がゆっくりとした応答特性に復帰される。
【００５１】
また、車両が先行車を捕捉することなく設定車速Ｖ_SET で定速走行している状態で、図７に示すように、時点ｔ２１で他車線から相対速度の小さな先行車が一点鎖線図示の目標車間距離Ｌ^* より短い車間距離で割込んだときには、図５におけるステップＳ８のフィルタ処理における初期値が時点ｔ２２での実車間距離Ｌ₀ に設定され、この初期値から比較的ゆっくりとした応答特性で車間距離指令値Ｌ_T が破線図示のように増加することになるため、車速制御部５０で算出される目標車速Ｖ^* の減少量も小さくなり、スロットル開度が閉方向に制御されることにより、実車間距離Ｌは図７で実線図示のように緩やかに増加するが、非制動状態を維持する。
【００５２】
その後、時点ｔ２２で、車間距離指令値Ｌ_T と実車間距離Ｌとの偏差が大きくなって、制動装置Ｂが緩制動状態に制御されると、図５の車間距離制御処理において、ステップＳ７からステップＳ１０に移行し、車間距離指令値Ｌ_T が目標車間距離Ｌ^* より小さいので、ステップＳ１３に移行し、車間距離指令値Ｌ_T が実車間距離Ｌより大きいので、要高応答状態であると判断されてステップＳ１２に移行し、ステップＳ６で設定された固有振動数ω_T に代えて高応答用固有振動数ω_nHが設定され、これに基づいてステップＳ８のフィルタ処理が行われるので、応答特性が高められることにより、車間距離指令値Ｌ_T が大きな傾きで増加することになり、この車間距離指令値Ｌ_T と実車間距離Ｌとの偏差が大きくなって、ステップＳ９で算出される目標車速Ｖ^* が大きく低下し、これによって車速制御部５０で算出される目標制・駆動力Ｆ^* が負の大きな値となって、制動装置Ｂが大きな制動力を発生するように制御され、これによって実車間距離Ｌが目標車間距離Ｌ^* に速く収束することになり、運転者に違和感を与えることなく、車間距離制御を行うことができる。なお、従来例では、車間距離指令値Ｌ_T がゆっくりと増加することから、制動力が弱く、実車間距離Ｌが図７で二点鎖線図示のようにゆっくりと増加することになり、運転者に違和感を与える。
【００５３】
その後、実車間距離Ｌが増加することにより目標車間距離Ｌ^* に近づいて、両者の偏差が小さくなると、ステップＳ９で算出される目標車速Ｖ^* と自車速Ｖｓとの偏差が小さくなり、車速制御部５０で算出される目標制・駆動力Ｆ^* が“０”近傍の値に増加して、制動力閾値ＴＨ_B を上回る状態となると、図５の車間距離制御処理において、ステップＳ７から直接ステップＳ８に移行して、ステップＳ６で算出される固有振動数ω_T がそのままステップＳ８のフィルタ処理で使用されることになり、車間距離指令値Ｌ_T の応答特性がゆっくりとした応答特性に復帰される。
【００５４】
このように、上記実施形態によると、先行車を捕捉していない状態で、先行車に追いつき、大きな相対速度で急接近する場合や、同様に先行車を捕捉していない状態で、他車線から目標車間距離より小さい車間距離で先行車が割込んできた場合には、要高応答状態と判定して、通常使用する表１の固有振動数ω_T より大きな高応答用固有振動数ω_nHに基づいて高応答特性で車間距離指令値Ｌ_T を算出するので、大きな相対速度で急接近する場合に実車間距離Ｌと車間距離指令値Ｌ_T との偏差が大きくなることを防止することができ、大きな制動力の発生を抑制して、目標車間距離Ｌ^* より小さい実車間距離での割込みに対しては、比較的大きな制動力を発生させて、実車間距離Ｌを目標車間距離Ｌ^* に速く収束させることができ、何れも運転者に違和感を与えることなく、最適な追従走行制御を行うことができる。
【００５５】
なお、上記実施形態においては、図５の車間距離制御処理において、ブレーキ制御中であるときにのみ高応答特性への切換えを可能とした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図８に示すように、ステップＳ６とステップＳ７との間に、例えば相対速度ΔＶが負であるか否かを判定することにより、自車両が先行車に接近しつつあるか否かを判定し、接近中であるときに、ステップＳ７に移行し、接近中でないときには前記ステップＳ８に移行するステップＳ１５を介挿し、真に高応答特性を必要とするときにのみ、応答特性を高めるようにしてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態においては、車間距離制御系のフィードフォワード補償器として、図４に示すように規範モデル４６のみで構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図９に示すように、フィードフォワード補償器を規範モデル４６と位相補償器４９とで構成し、位相補償器４９で、下記（５）式に示すフィルタ処理を行って補償車速指令値Ｖ_FFを演算し、これをフィードバック補償器４８の出力Ｖ_FBに加算する構成とすることもでき、この場合には、実車間距離が長い状態で、相対速度の減少度合いを緩やかにすることができ、スムーズな追従走行制御を行うことができる。
【００５７】
【数２】

【００５８】
なお、上記実施形態においては、固有振動数算出用記憶テーブル及び減衰係数算出用記憶テーブルを使用して固有振動数及び減衰係数を算出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、特性方程式から算出してもよいことはいうまでもない。
また、上記実施形態においては、追従制御用コントローラ５で車間距離演算処理を実行する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、関数発生器、比較器、演算器等を組み合わせて構成した電子回路でなるハードウェアを適用して構成するようにしてもよい。
【００５９】
さらに、上記実施形態においては、後輪駆動車に本発明を適用した場合について説明したが、前輪駆動車に本発明を適用することもでき、また回転駆動源としてエンジン２を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動モータを適用することもでき、さらには、エンジンと電動モータとを使用するハイブリッド車にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の追従制御用コントローラの具体的構成を示すブロック図である。
【図３】図２の制御応答決定部の具体例を示すブロック図である。
【図４】車間距離制御系の概略構成を示すブロック線図である。
【図５】車間距離制御部における車間距離制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の動作の説明に供する大きな相対速度で急接近する場合のタイムチャートである。
【図７】本発明の動作の説明に供する目標車間距離より小さい車間距離で割込された場合のタイムチャートである。
【図８】本発明の車間距離制御部における車間距離制御処理の変形例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の車間距離制御系の他の例における概略構成を示すブロック線図である。
【図１０】従来例の動作の説明に供する大きな相対速度で急接近する場合のタイムチャートである。
【符号の説明】
Ｅ エンジン
Ｔ 自動変速機
Ｂ 制動装置
１ 車間距離センサ
２ 車速センサ
３ スロットルアクチュエータ
５ 追従制御用コントローラ
４０ 車間距離制御部
４１ 相対速度演算部
４２ 目標車間距離設定部
４３ 車間距離演算部
４４ 目標車速演算部
４５ 制御応答決定部
４５１ 固有振動数算出部
４５２ 高応答用固有振動数設定部
４５３ 選択部
４５４ 要高応答判定部
４５５ 減衰係数算出部
５０ 車速制御部

Claims (5)

1. 先行車との車間距離を検出する車間距離検出手段と、先行車との相対速度を検出する相対速度検出手段と、自車速を検出する自車速検出手段と、前記自車速検出検出手段で検出した自車速に基づいて目標車間距離を演算する目標車間距離演算手段と、前記目標車間距離演算手段で演算した目標車間距離をもとに車間距離指令値を演算する車間距離指令値演算手段と、該車間距離指令値演算手段で演算した車間距離指令値に基づいて目標車速を演算する目標車速演算手段と、該目標車速演算手段で演算した目標車速に自車速を一致させるように制御する車速制御手段と、前記目標車間距離演算手段で演算した目標車間距離、前記車間距離指令値演算手段で演算した車間距離指令値及び前記車間距離検出手段で検出した車間距離の大小関係に応じて、前記車間距離指令値演算手段で前記車間距離指令値を演算するために必要とする車間距離制御の応答特性を決定する制御応答決定手段と、を有することを特徴とする先行車追従制御装置。
2. 前記車間距離指令値演算手段は、入力される目標車間距離に対して所定の減衰係数及び所定の固有振動数で規定される規範モデルを使用して車間距離指令値を演算するように構成され、前記制御応答決定手段は、自車両の制動中における前記目標車間距離、前記車間距離指令値演算手段で演算された車間距離指令値及び当該車間距離指令の演算時における実際の車間距離の大小関係から要高応答状態であるか否かを判定する要高応答状態判定手段と、該要高応答状態判定手段で要高応答状態ではないと判定されたときに前記所定の固有振動数を継続して選択し、要高応答状態であると判定されたときに前記所定の固有振動数の値よりも大きな高応答用固有振動数を選択する選択手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載の先行車追従制御装置。
3. 前記要高応答状態判定手段は、前記車間距離指令値が実際の車間距離より大きく且つ当該車間距離指令値が目標車間距離より大きいときに要高応答状態であると判定するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の先行車追従制御装置。
4. 前記要高応答状態判定手段は、前記目標車間距離より車間距離指令値が小さく、当該車間距離指令値より実際の車間距離が小さいときに要高応答状態であると判定するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の先行車追従制御装置。
5. 前記選択手段は、先行車に接近しているときにのみ高応答用固有振動数を選択可能に構成されていることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の先行車追従制御装置。

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