JP3675168B2

JP3675168B2 - 先行車追従制御装置

Info

Publication number: JP3675168B2
Application number: JP13059298A
Authority: JP
Inventors: 章東又; 秀男岩本; 武徳橋詰
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2018-05-13
Also published as: JPH11321378A

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】
先行車を見失ってその先の車両を新たな先行車として認識した場合に、加速動作に移る時期を遅らせることによって先行車に急接近するのを防止する先行車追従制御装置が知られている（例えば、特開平７−１３２７５７号公報参照）。この装置では、新しい先行車を認識しても直ちに加速せず、所定時間だけ待ってから加速を開始するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の先行車追従制御装置では、先行車が入れ替わり新しい先行車を認識してから所定時間が経過したら、車間距離を詰めるために予め設定された制御ゲインで加速動作が行われるので、設定ゲインによっては強い加速で先行車に接近し、接近後に強い減速が必要となって乗員に違和感を与えることがある。
【０００４】
本発明の目的は、先行車が入れ替わり新しい先行車に追従を開始する時に、乗員に違和感のない車両挙動で新しい先行車にスムーズに接近することにある。
【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検出する車間距離検出手段と、自車速を検出する自車速検出手段と、先行車と自車の相対速度を検出する相対速度検出手段と、目標車間距離と車間距離検出値と相対速度検出値とに基づいて目標車速を演算する目標車速演算手段と、自車速検出値を目標車速に一致させるように車両の制駆動力を制御する車速制御手段と、先行車の入れ替わりを検出する先行車入れ替わり検出手段とを備えた先行車追従制御装置であって、先行車に接近するときの加速度を第１の制限値以下に制限しながら追従制御を行う第１の追従制御モードと、先行車に接近するときの加速度を第１の制限値よりも低い第２の制限値以下に制限しながら追従制御を行う第２の追従制御モードとを有し、先行車入れ替わり検出手段で先行車の入れ替わりが検出されると、第１の追従制御モードから第２の追従制御モードへ切り換える追従制御モード切換手段を備える、ものである。
（２）請求項２の先行車追従制御装置は、先行車に接近するときの相対速度検出値が大きいほど第２の加速度を小さくする、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、先行車に接近するときの相対速度検出値が大きいほど第２の追従制御モードにおける目標車速の上限値を低くする、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、追従モード切換手段によって、目標車速の変化量に制限値を与えることによって、先行車に接近するときの加速度を第１の制限値または第２の制限値以下に制限する、ようにしたものである。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、先行車が入れ替わり新しい先行車に追従を開始する時に、乗員に違和感のない車両挙動で新しい先行車にスムーズに接近させることができる。
【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。
車間距離センサー１は、レーザー光を掃射して先行車からの反射光を受光するレーダー方式のセンサーである。なお、電波や超音波を利用して車間距離を計測してもよい。車速センサー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列を出力する。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は車速とエンジントルクに応じて変速比を変える。制動装置６は車両に制動力を発生させる装置である。
【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、車間距離検出値と車速検出値に基づいて目標車速を設定し、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、５０、５１を構成する。
【０００９】
図２において、測距信号処理部１１は、車間距離センサー１により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ＬTを演算する。なお、前方に複数の先行車がいる場合は追従すべき先行車を特定して車間距離ＬTを演算する。この先行車の選択方法についてはすでに公知であるから説明を省略する。車速信号処理部２１は、車速センサー２からの車速パルスの周期を計測し、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ＬTと自車速ＶSとに基づいて目標車間距離ＬT*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ＬT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ＬTを目標車間距離ＬT*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】
また、車速制御部５１は、自車速ＶSが目標車速Ｖ*となるように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と、自動変速機４の変速比と、制動装置６の制動力を制御する。
【００１２】
次に、車間距離制御系について説明する。
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。システムの状態変数ｘ1、ｘ2を数式１、２で定義する。
【数１】

【数２】

ここで、ＶTは先行車の車速である。
【００１３】
制御入力、すなわち追従制御コントローラー５の出力をΔＶ*とし、次式で定義する。
【数３】

車間距離ＬTは数式４で与えられる。
【数４】

ここで、Ｌoは車間距離ＬTの初期値である。
【００１４】
車速サーボ系は、例えば次式に示すように、目標車速Ｖ*に対して実際の車速ＶSが一次遅れで近似的に表現できる。
【数５】

ここで、τvは時定数である。
【００１５】
先行車車速ＶTを一定と仮定すると、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ＬT*を一定とすると、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】
次に、状態フィードバックを施すために制御入力ｕを次式で与える。
【数９】

状態フィードバックが施された全体システムの状態方程式は次式のように表される。
【数１０】

ここで、
【数１１】

と置くと、全体システムの特性方程式は次式のように導かれる。
【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ＬTをＬT*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】
先行車追従制御部５０の車間距離制御部５０２は、車間距離ＬTと相対速度ΔＶとに基づいて、車間距離ＬTをその目標値ＬT*に保ちながら先行車に追従走行するための目標車速Ｖ*を演算する。上記数式３，９により次式が導かれる。
【数１６】
Ｖ^＊＝ＶT−ΔＶ^＊＝（１−ｆv）ΔＶ＋ｆd（Ｌ T −Ｌ T ^＊）＋ＶS
但し、ＶT＝ＶS＋ΔＶ
すなわち、目標車速Ｖ*は、目標車間距離ＬT*と実車間距離ＬTとの偏差ΔＬ（＝ＬT*−ＬT）に制御ゲインｆdを乗じたものと、相対速度ΔＶに制御ゲインｆvを乗じたものと、自車速ＶSとの和により求められる。
【００１９】
通常、遠方から先行車に接近して追従する場合のように、車間距離が長い場合には、早めに制御を開始してゆっくりと目標車間距離に収束する遅い極に設定し、追従制御中に他車に割り込まれた時など、車間距離が短い場合には、速く目標に収束する極に設定することが望ましい。例えば、車速サーボ系の時定数τvを０.５［sec］とし、（ａ）遅い収束特性の極を−０.１（重根）、（ｂ）速い収束特性の極を−０.４（重根）とした場合、ゲインｆv、ｆdは次のようになる。
【表１】

【００２０】
上記（ａ）、（ｂ）の極をそれぞれ上限、下限として、例えばωnを車間距離に対して図３（ａ）に示すように設定する。ここでは、車間距離が４０m以下の短い場合はωnが０.４（速い極）、８０m以上の場合はωnが０.２（遅い極）とし、その間（４０〜８０m）を線形補間するようにωnを設定すると、制御ゲインｆv、ｆdは図３（ｂ）に示すようになる。このようにスケジューリングすることによって、遠方の先行車にはゆっくりと接近し、近距離に割り込まれた場合には素早く減速応答させることができる。
【００２１】
次に、一実施の形態の動作を説明する。
追従走行中に先行車が車線変更などをして自車線から離脱した時に、その前方に別の車両が存在する場合には、その車両に対して追従するために加速し、車間距離を詰める。この時、制御ゲインが比較的速い応答に設定され、且つ新しい先行車までの距離が長い場合には、早く目標車間距離ＬT*になるように接近するために加速度が大きく、さらに車速ＶS（相対速度ΔＶ）も高くなるので、追従に入る間際にブレーキをかけるなど減速が強くなり、乗員に違和感を与える。
【００２２】
そこで、この実施の形態では、追従する先行車が入れ替わった場合には、新しい先行車に接近する時の加速度（目標車速Ｖ*の変化量）を通常の追従制御における制限値よりも小さい値に変更し、さらに相対速度ΔＶにも制限を設ける。すなわち、緩やかな加速で、且つ（先行車の車速ＶT＋α）を自車速ＶSの上限として接近させることにより、違和感のない追従挙動を実現する。
【００２３】
追従制御の各種演算は、コントローラー５のマイクロコンピューターによって間欠的に実行される。したがって、以下では理論式である上記数式１〜１６の記号と異なる記号を用いて説明する。例えば、上記数式１６に基づいて追従制御コントローラー５で算出される目標車速をAC_Com（＝Ｖ*）で表すとともに、AC_Com(n)が今回の計算値を、AC_Com(n-1)が前回の計算値を表す。
【００２４】
車間距離制御を行うための目標車速AC_Comは上記数式１６により求められるが、エンジン出力の応答性や実際の加速感などを考慮し、目標車速AC_Comの変化量に加速側制限値（以下、加速制限値と呼ぶ）Up_lmtと減速側制限値（以下、減速制限値と呼ぶ）Lo_lmtを施して、最終的な目標車速Vsp_Comを生成する。加速時の最終目標車速Vsp_Comを次式により計算する。
【数１７】
Vsp_Com(n)＝min｛AC_Com(n)，Vsp_Com(n-1)＋Up_lmt｝
また、減速時の最終目標車速Vsp_Comを次式により計算する。
【数１８】
Vsp_Com(n)＝max｛AC_Com(n)，Vsp_Com(n-1)−Lo_lmt｝
【００２５】
通常の追従制御では、例えば、加速制限値Up_lmtに０.０６G相当の値を設定し、減速制限値Lo_lmtに−０.１３G相当の値を設定する。
【００２６】
一定追従走行中に先行車が離脱し、直後に前方の新しい車両を捕捉すると、車間距離を詰めるために目標車速が増加するが、この時、次のように目標車速を制限する。
▲１▼加速度を低く抑えて新しい先行車にゆるやかに接近させるために、加速制限値Up_lmtを、通常の追従制御時の値０.０６Gより小さい値、例えば０.０２Gとする。
▲２▼加速制限だけではいずれ車速が高くなるため、上記▲１▼に加え、目標車速AC_Comの上限を、｛先行車の車速ＶT＋α(Vsp_lmt)｝で制限する。例えば、
【数１９】
Vsp_Com(n)＝min｛AC_Com(n)，Vsp_Com(n-1)＋Up_lmt，Vt(n)＋Vsp_lmt｝
ここで、α(Vsp_lmt)を例えば１０km/hとすればよい。
▲３▼上記加速制限値Up_lmtと目標車速上限値Vsp_lmtを、新しい先行車を捕捉した時の車間距離、または新しい先行車との相対速度に応じて設定する。
【００２７】
次に、図４に示すフローチャートにより、最終目標車速Vsp_Comの演算処理を説明する。
ステップ１において、最終目標車速Vsp_Com演算時の制限値変更は、今まで追従してきた先行車が離脱し、その先の車両を新しい先行車として捕捉し、追従動作に入る時のみに行うので、新しい先行車に対してすでに定常追従状態にあるか否かを示すフラグを確認する。フラグがセットされている時は最終目標車速演算のための制限値の変更がすでに行われているので、ステップ６１へ進む。
【００２８】
フラグがクリヤされている時はステップ２へ進み、先行車が入れ替わったか否かを確認する。先行車の入れ替わりは、例えば車間距離の前回の検出値に対して今回の検出値が５m以上変化していたら車両が入れ替わった判断する。先行車が入れ替わっていない場合はステップ４２へ進み、最終目標車速Vsp_Comの演算に用いる制限値Up_lmt、Vsp_lmtに通常の値、すなわちUp_lmtに０.０６Gを、Vsp_lmtに∞を設定する。続くステップ７２で、数式１７、１８により最終目標車速Vsp_Comを演算して処理を終了する。
【００２９】
先行車が入れ替わっている場合はステップ３へ進み、入れ替わった車両が目標車間距離より近い所にいるか、または遠い所にいるかを判断する。新しい先行車が目標車間距離より近い所にいる場合はステップ４２へ進み、最終目標車速Vsp_Comの演算に用いる制限値Up_lmt、Vsp_lmtに通常の値、すなわちUp_lmtに０.０６Gを、Vsp_lmtに∞を設定する。続くステップ７２で、数式１７、１８により最終目標車速Vsp_Comを演算して処理を終了する。
【００３０】
新しい先行車が目標車間距離よりも遠い所にいる場合はステップ４１へ進み、最終目標車速Vsp_Comを演算するための加速制限値Up_lmtと目標車速上限値Vsp_lmtに、新しい先行車との車間距離偏差ΔＬ（＝ＬT*−ＬT）に応じた値を設定する。具体的には、図５（ａ）に示すように、加速制限値Up_lmtに、車間距離偏差ΔＬが大きい場合は大きい値を設定し、偏差ΔＬが小さい場合は小さい値を設定する。また、図５（ｂ）に示すように、例えば車間距離偏差ΔＬが大きい場合は、目標車速上限値Vsp_lmtを高めにし、相対速度ΔＶを多少許容して早めに目標車間距離ＬT*になるように設定する。また、車間距離偏差ΔＬが小さい場合は、目標車速上限値Vsp_lmtを小さくして相対速度ΔＶを生じさせない値を設定する。
【００３１】
なお、加速側制限値Up_lmtと目標車速の上限値Vsp_lmtに、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、新しい先行車との相対速度ΔＶに応じた値を設定してもよい。
【００３２】
ステップ５において、最終目標車速演算時に用いる制限値Up_lmt、Vsp_lmtの変更済みフラグをセットする。続くステップ６１で、すでに新しい先行車に対して定常追従状態に入ったかどうかを確認する。まだ定常追従の状態に入っていない時はステップ７１へ進み、最終目標車速演算用の制限値Up_lmt、Vsp_lmtを用いて上記数式１９により最終目標車速Vsp_Comを計算する。一方、すでに定常追従状態に入っている時はステップ６２へ進み、フラグをクリヤしてステップ４２へ進む。そして、ステップ４２で通常の制限値Up_lmt、Vsp_lmtを設定し、続くステップ７２で通常の制限値Up_lmt、Vsp_lmtを用いて上記数式１７，１８により通常の最終目標車速Vsp_Comを計算する。
【００３３】
図７〜図１２は一実施の形態の追従制御のシュミレーション結果を示す。
まず、図７、図８は、車間距離４０mで追従している先行車に代わって１００m先の先行車（図７（ａ）、（ｂ））、８０m先の先行車（図８（ａ））、６０m先の先行車（図８（ｂ））に入れ替わった場合の、自車速Ｖsp［km/h］、車間距離Ｌ［m］、相対速度dＶ［km/h］、加速度Ａccel［m/ss］を示す。なお、加速制限値Up_lmtを車間距離偏差ΔＬに応じて設定（図５（ａ）参照）するとともに、目標車速上限値Vsp_lmtを２０km/h一定とする。また、図７（ａ）は目標車速に制限をかけない場合を示す。
これらのシュミレーション結果から明らかなように、この実施の形態によれば、新しい先行車に加速接近する時の加速度を車間距離に応じて制限するので、目標車間距離に近づいた時の減速度が加速度制限なしの場合（図７（ａ））に比べて小さくなっている。
【００３４】
図９、図１０は、車間距離４０mで追従している先行車に代わって１００m先の先行車（図９（ａ）、（ｂ））、８０m先の先行車（図１０（ａ））、６０m先の先行車（図１０（ｂ））に入れ替わった場合の、自車速Ｖsp［km/h］、車間距離Ｌ［m］、相対速度dＶ［km/h］、加速度Ａccel［m/ss］を示す。なお、目標車速上限値Vsp_lmtを車間距離偏差ΔＬに応じて設定（図５（ｂ）参照）するとともに、加速制限値Up_lmtを０.０２G一定とする。また、図９（ａ）は目標車速に制限をかけない場合を示す。
これらのシュミレーション結果から明らかなように、新しい先行車に加速接近する時の目標車速を車間距離に応じて制限するので、目標車間距離に近づいた時の減速度が車速制限なしの場合（図９（ａ））に比べて小さくなっている。
【００３５】
図１１、図１２は、車間距離４０mで追従している先行車に代わって１００m先の先行車に入れ替わった場合の、自車速Ｖsp［km/h］、車間距離Ｌ［m］、相対速度dＶ［km/h］、加速度Ａccel［m/ss］を示す。なお、加速制限値Up_lmtと目標車速上限値Vsp_lmtを先行車との相対速度ΔＶに応じて設定する。また、（ａ）は相対速度ΔＶ＝−１０km/h（ＶT＝７０km/h）の新しい先行車に対して目標車速に制限をかけない場合を示し、（ｂ）は相対速度ΔＶ＝−５km/h（ＶT＝７５km/h）の先行車に対して加速制限値Up_lmt＝０.０２Gと目標車速上限値Vsp_lmt＝７km/hを設定した場合を示す。さらに、（ｃ）は相対速度ΔＶ＝−８km/h（ＶT＝７２km/h）の先行車に対して加速制限値Up_lmt＝０.０１Gと目標車速上限値Vsp_lmt＝９km/hを設定した場合を示し、（ｄ）は相対速度ΔＶ＝−１０km/h（ＶT＝７０km/h）の先行車に対して加速制限値Up_lmt＝０.００５Gと目標車速上限値Vsp_lmt＝１１km/hを設定した場合を示す。
これらのシュミレーション結果から明らかなように、新しい先行車に加速接近するときの目標車速を相対速度に応じて制限するので、目標車間距離に近づいた時の減速度が制限なしの場合（図１１（ａ））に比べて小さくなっている。
【００３６】
このように、先行車が入れ替わって新しい先行車に接近、追従する時に、新しい先行車との車間距離や相対速度に応じて目標車速の変化量および／または上限値を制限するようにしたので、新しい先行車に強い加速で接近し、接近後に強い減速を行って乗員に違和感を与えるようなことがなく、新しい先行車にスムーズに接近して追従走行に移行することができる。
【００３７】
以上の一実施の形態の構成において、車間距離センサー１が車間距離検出手段を、車速センサー２が自車速検出手段を、追従制御コントローラー５が相対速度検出手段、目標車速演算手段、車速制御手段、先行車入れ替わり検出手段および目標車速制限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】一実施の形態の追従制御の構成を示すブロック図である。
【図３】ゲインスケジューリングの一例を示す図である。
【図４】目標車速の演算処理を示すフローチャートである。
【図５】車間距離偏差に対する目標車速への加速制限値と目標車速の上限値を示す図である。
【図６】先行車との相対速度に対する目標車速への加速制限値と目標車速の上限値を示す図である。
【図７】車間距離偏差に応じて目標車速への加速制限値を設定した場合の一実施の形態のシュミレーション結果を示す図である。
【図８】図７に続く、車間距離偏差に応じて目標車速への加速制限値を設定した場合の一実施の形態のシュミレーション結果を示す図である。
【図９】車間距離偏差に応じて目標車速の上限値を設定した場合の一実施の形態のシュミレーション結果を示す図である。
【図１０】図９に続く、車間距離偏差に応じて目標車速の上限値を設定した場合の、一実施の形態のシュミレーション結果を示す図である。
【図１１】相対速度に応じて目標車速への加速度制限値および目標車速の上限値を設定した場合の、一実施の形態のシュミレーション結果を示す図である。
【図１２】図１１に続く、相対速度に応じて目標車速への加速度制限値および目標車速の上限値を設定した場合の、一実施の形態のシュミ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スロットルアクチュエーター
４自動変速機
５車両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
５１車速制御部
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

Claims

先行車との車間距離を検出する車間距離検出手段と、
自車速を検出する自車速検出手段と、
先行車と自車の相対速度を検出する相対速度検出手段と、
目標車間距離と車間距離検出値と相対速度検出値とに基づいて目標車速を演算する目標車速演算手段と、
自車速検出値を目標車速に一致させるように車両の制駆動力を制御する車速制御手段と、
先行車の入れ替わりを検出する先行車入れ替わり検出手段とを備えた先行車追従制御装置であって、
先行車に接近するときの加速度を第１の制限値以下に制限しながら追従制御を行う第１の追従制御モードと、先行車に接近するときの加速度を前記第１の制限値よりも低い第２の制限値以下に制限しながら追従制御を行う第２の追従制御モードとを有し、前記先行車入れ替わり検出手段で先行車の入れ替わりが検出されると、前記第１の追従制御モードから前記第２の追従制御モードへ切り換える追従制御モード切換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１に記載の先行車追従制御装置において、
先行車に接近するときの相対速度検出値が大きいほど前記第２の加速度を小さくすることを特徴とする先行車追従制御装置。
請求項１または請求項２に記載の先行車追従制御装置において、
先行車に接近するときの相対速度検出値が大きいほど前記第２の追従制御モードにおける目標車速の上限値を低くすることを特徴とする先行車追従制御装置。
請求項１〜３のいずれかの項に記載の先行車追従制御装置において、
前記追従モード切換手段は、前記目標車速の変化量に制限値を与えることによって、先行車に接近するときの加速度を前記第１の制限値または前記第２の制限値以下に制限することを特徴とする先行車追従制御装置。