JP3677959B2

JP3677959B2 - Preceding vehicle tracking control device

Info

Publication number: JP3677959B2
Application number: JP23065197A
Authority: JP
Inventors: 章東又; 健伊藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2017-08-27
Also published as: JPH1159222A

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する先行車追従制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自車速Ｖと、車間距離偏差ΔＬと、車速Ｖの関数であるゲインＧVと、車間距離偏差ΔＬの関数であるゲインＧRと、相対速度ΔＶの関数であるゲインＧDとに基づいて、次式により車間距離が目標車間距離を保つような目標車速ＶTを算出し、
【数１】

この目標車速ＶTとなるように車速を制御する先行車追従制御装置が知られている（例えば、特開平６−２２７２８０号公報参照）。
【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、各種ゲインＧV、ＧR、ＧDが経験的に設定されるので、あらゆる走行環境に対して最適な応答特性を得ることが難しいという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、あらゆる走行環境に対して最適な応答特性が得られる先行車追従制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明は、車間距離を検出する車間距離検出手段と、車間距離検出値に基づいて先行車と自車との相対速度を演算する相対速度演算手段と、自車速を検出する車速検出手段と、自車速検出値と相対速度とに基づいて先行車車速を演算する先行車速度演算手段と、車間距離検出値と目標車間距離との偏差に第１のゲインを乗じた値と、相対速度演算値に第２のゲインを乗じた値と、先行車車速とに基づいて、車間距離検出値を目標車間距離とするための目標車速を演算する車速演算手段と、車間距離検出値に応じて第１のゲインと第２のゲインを変更するゲイン変更手段と、自車速検出値が目標車速となるように車両の制駆動力を制御する車速制御手段とを備え、ゲイン変更手段は、車間距離検出値が長い場合は第１のゲインを小さくして第２のゲインを大きくし、車間距離検出値が短い場合は第１のゲインを大きくして第２のゲインを小さくする。
（２）請求項２の先行車追従制御装置は、車速制御手段を目標車速に対して自車速が一次遅れとなる線形伝達関数で近似し、車間距離検出値を目標車間距離へ、相対速度演算値を０へそれぞれ収束させる収束特性が任意の特性となるように、第１のゲインと第２のゲインを設定する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、車間距離検出値と目標車間距離との偏差に第１ゲインを乗じた値と、相対速度に第２ゲインを乗じた値と、先行車車速とに基づいて、車間距離検出値を目標車間距離とするための目標車速を演算し、自車速検出値が目標車速となるように車両の制駆動力を制御する際に、車間距離検出値が長い場合は第１ゲインを小さくして第２ゲインを大きくし、車間距離検出値が短い場合は第１ゲインを大きくして第２ゲインを小さくするようにしたので、先行車に遠方から接近する場合や、追従制御中に他車に割り込まれた場合など、あらゆる走行環境に対して追従制御の最適な応答特性が得られる。さらに、先行車に遠方から接近する場合には遅い応答特性に設定され、その結果、先行車を捕捉してからすぐに減速を開始してゆっくりと目標車間距離に収束させることができ、車両の減速度が小さく、乗員に与える衝撃も少ない。また、追従中に他車に割り込まれた場合には速い応答特性に設定され、その結果、割り込まれた直後から減速を開始し、先行車に接近し過ぎるようなことがなく、すぐに目標車間距離に収束させることができる。
（２）請求項２の発明によれば、車速制御手段を目標車速に対して自車速が一次遅れとなる線形伝達関数で近似し、車間距離検出値を目標車間距離へ、相対速度演算値を０へそれぞれ収束させる収束特性が任意の特性となるように、第１ゲインと第２ゲインを設定するようにしたので、意図する収束特性が得られる。
【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。
車間距離センサーヘッド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ヘッドである。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３は、スロットル開度信号に応じてスロットルバルブを開閉し、エンジン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、車速とスロットル開度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とその周辺部品を備え、車間距離と車速の検出値に基づいて目標車速を演算し、スロットルアクチュエータ３、自動変速機４および制動装置６を制御する。
【０００９】
追従制御コントローラー５は、マイクロコンピュータ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。
測距信号処理部１１は、車間距離センサーヘッド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Ｌ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を演算する。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Ｖ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Ｖ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Ｖ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Ｖが目標車速Ｖ*となるようにスロットルアクチュエータ３のスロットル開度と、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】
図３に制御系全体の構成を示す。
まず、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目標車速Ｖ*を演算する。図３に示すように、目標車間距離Ｌ*と車間距離Ｌとの偏差ΔＬにゲインｆdを乗じた値と、相対速度ΔＶにゲインｆvを乗じた値との和により、目標相対速度ΔＶ*を求める。なお、ゲインｆdが上述した第１のゲインに相当し、ゲインｆvが上述した第２のゲインに相当する。
【数２】

ゲインｆdとｆvは追従制御性能を決定するパラメーターである。次に、先行車車速ＶTから目標相対速度ΔＶ*を減じて目標車速Ｖ*を求める。
【数３】

また、車間距離検出値ＬをバンドパスフィルターB.P.S.を通すことによって相対速度ΔＶを求め、さらに先行車車速ＶTを演算する。
【数４】

したがって、目標車速Ｖ*は数式２、数式３および数式４により次のように表される。
【数５】

【００１３】
次に、車間距離制御系について説明する。こ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をｘ1、ｘ2を次式で定義する。
【数６】

数式６において、ＶTは先行車の車速、Ｖは自車速である。
【数７】

また、制御入力（コントローラーの出力）をＶ*として次式で定義する。
【数８】

車間距離Ｌは次式で表される。
【数９】

数式９において、Ｌoは車間距離の初期値である。
【００１４】
車速サーボ系は、例えば次式のように目標車速に対して実際の車速が一次遅れとなる線形伝達関数で近似できる。
【数１０】

先行車車速ＶT＝一定と仮定すると、数式６、数式８および数式１０により、
【数１１】

さらに、目標車間距離Ｌ*＝一定とすると、数式７および数式９により、
【数１２】

したがって、システムの状態方程式は次のように記述できる。
【数１３】

【００１５】
制御入力ｕを次式で与える。
【数１４】

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で表される。
【数１５】

【数１６】

したがって、全体システムの特性方程式は次のようになる。
【数１７】

上述した車速サーボ系の伝達特性に基づき、車間距離Ｌがその目標値Ｌ*に、相対速度ΔＶが０へそれぞれ収束する特性が設計者の意図する特性となるようにゲインｆd、ｆvを設定する。
【数１８】

【数１９】

【数２０】

【００１６】
状態フィードバックが施された追従制御系は、数式１７で表されるようにその収束特性が二次系で近似される。例えば、車速サーボ系の時定数τv＝０．５ｓとし、極配置法によりシステムの極を▲１▼遅い収束特性の極、▲２▼速い収束特性の極に設定すると、各ゲインｆd、ｆvは数式１９、数式２０からそれぞれ次のように求められる。
▲１▼重根：−０．１（ωn＝０．２、ζ＝１．０）→ｆd＝０．０２、ｆv＝０．８
▲２▼重根：−０．４（ωn＝０．４、ζ＝１．０）→ｆd＝０．０８、ｆv＝０．６
【００１７】
図４、図５は１２０ｍ遠方の先行車に相対速度２０ｋｍ／ｓで接近した場合のシステムのシミュレーション結果を示し、図４が▲１▼のゲイン設定、図５が▲２▼のゲイン設定の場合を示す。これらの図において、（ａ）が自車速Ｖと目標車速Ｖ*を示し、（ｂ）が車間距離Ｌと目標車間距離Ｌ*を示し、（ｃ）が相対速度ΔＶと相対速度推定値ΔＶsを示し、（ｄ）が車両の加減速度を示す。
先行車に接近する場合に、▲１▼の遅い極設定では車間距離が長い時点から制御を開始し、ゆっくりと目標車間距離に収束する。この時の車両の減速度は最大でもおよそ０．５ｍ／ｓｓである。一方、▲２▼の速い極設定では車間距離がある程度縮まってから制御を開始し、速い応答で収束するために車両の減速度はおよそ１ｍ／ｓｓとなり、遅い極の場合よりも大きくなる。
【００１８】
図６、図７は１００ｋｍ／ｈ、車間距離４０ｍで追従中に相対速度１５ｋｍ／ｈの車両に車間距離３０ｍの位置に割り込まれた場合のシステムのシミュレーション結果を示し、図６が▲１▼のゲイン設定、図７が▲２▼のゲイン設定の場合を示す。これらの図において、（ａ）が自車速Ｖと目標車速Ｖ*を示し、（ｂ）が車間距離Ｌと目標車間距離Ｌ*を示し、（ｃ）が相対速度ΔＶと相対速度推定値ΔＶsを示し、（ｄ）が車両の加減速度を示す。
図７に示すように追従走行中に割り込まれた場合に、▲２▼の速い極設定では素早く減速し、最小車間距離がおよそ２５ｍと、割り込み車両への接近も少ない。一方、図６に示すように▲１▼の遅い極設定では、応答がゆっくりしているためにいったん割り込み車両に２０ｍまで接近した後、目標車間距離に収束している。
【００１９】
このように、遠方から接近する場合と、追従中に割り込まれる場合とでは相反する応答特性が要求され、一意に決定した応答特性で両方の応答性を満足させることは困難である。そこで、この実施の形態では制御中の車間距離に注目し、系全体の応答特性が、車間距離が長い時は遅い収束特性、車間距離が短い時は速い収束特性となるように極を設定し、各ゲインｆd、ｆvを決定する。そして、車間距離に応じてゲインｆd、ｆvを変更する。
【００２０】
車間距離に基づくゲインの変更方法について説明する。上述したように、この制御系の応答特性は二次系で近似できるため、例えばωnを車間距離に対して図８に示すように設定する。この例では車間距離が４０ｍ以下の短い場合はωnを０．４として速い応答にし、車間距離が８０ｍ以上の長い場合はωnを０．２として遅い応答にする。また、車間距離が４０ｍから８０ｍの間はゲインの切り替わりをスムーズにするために補間する。このωnをもとに各ゲインを算出すると図９に示すようになる。図９に示すように、車間距離が長い場合は、車間距離偏差ΔＬに乗ずる第１のゲインｆdを小さくし、相対速度ΔＶに乗ずる第２のゲインｆvを大きくする。逆に、車間距離が短い場合は、車間距離偏差ΔＬに乗ずる第１のゲインｆdを大きくし、相対速度ΔＶに乗ずる第２のゲインｆvを小さくする。
【００２１】
図１０は１２０ｍ遠方の先行車に相対速度２０ｋｍ／ｓで接近した場合のこの実施の形態のシミュレーション結果を示し、図１１は１００ｋｍ／ｈ、車間距離４０ｍで追従中に相対速度１５ｋｍ／ｈの車両に車間距離３０ｍの位置に割り込まれた場合のこの実施の形態のシミュレーション結果を示す。これらの図において、（ａ）が自車速Ｖと目標車速Ｖ*を示し、（ｂ）が車間距離Ｌと目標車間距離Ｌ*を示し、（ｃ）が相対速度ΔＶと相対速度推定値ΔＶsを示し、（ｄ）が車両の加減速度を示す。
図１０に示すように、遠方から先行車に接近した場合には、遅い応答特性に設定されているため、先行車を捕捉した後、およそ車間距離７０ｍのところから減速を開始し、ゆっくりと目標車間距離に収束する。当然に車両の減速度は小さく、乗員に与える衝撃も少ない。
また、図１１に示すように、追従中の車間距離が４０ｍであるため、速い応答特性に設定される。したがって、割り込まれた直後から減速を開始し、先行車に接近し過ぎるようなことがなく、すぐに目標車間距離に収束する。
【００２２】
このように、追従中の割り込みなど、車間距離が短い場合は素早く応答させ、遠方の先行車に接近するような場合にはゆっくり応答させることにより、乗員のフィーリングに合った特性が得られる。
【００２３】
上述した実施の形態では、制動装置６による自動ブレーキ制御を有する例を示し、いかなる車速指令値に対しても実車速が追従する、すなわち車両の減速度は理想的に実現できるものとした。しかし、自動ブレーキ制御のない場合には、エンジンブレーキだけで要求減速度を達成できない場合があり、先行車に接近し過ぎるおそれがある。つまり、自動ブレーキ制御のない車両に対しては、従来のようにゲインｆv、ｆdを固定にすることはできず、上述した実施の形態のように車間距離に応じてゲインｆv、ｆdを切り換えることによって常に最適な応答特性が得られる。
【００２４】
なお、上述した実施の形態ではゲインスケジューリングとした例を示したが、車間距離に応じて２段階あるいは数段階にゲインを切り換えるようにしてもよい。
【００２５】
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および測距信号処理部１１が車間距離検出手段を、相対速度演算部５０１が相対速度演算手段を、目標車間距離設定部５０３および車間距離制御部５０２が車速演算手段およびゲイン変更手段を、車速センサー２および車速信号処理部２１が車速検出手段を、車速制御部５１が車速制御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】一実施の形態の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】一実施の形態の制御系を示す図である。
【図４】１２０ｍ遠方の先行車に相対速度２０ｋｍ／ｓで接近した場合の、遅いゲイン設定によるシステムのシミュレーション結果を示す図である。
【図５】１２０ｍ遠方の先行車に相対速度２０ｋｍ／ｓで接近した場合の、速いゲイン設定によるシステムのシミュレーション結果を示す図である。
【図６】１００ｋｍ／ｈ、車間距離４０ｍで追従中に相対速度１５ｋｍ／ｈの車両に車間距離３０ｍの位置に割り込まれた場合の、遅いゲイン設定のシステムのシミュレーション結果を示す図である。
【図７】１００ｋｍ／ｈ、車間距離４０ｍで追従中に相対速度１５ｋｍ／ｈの車両に車間距離３０ｍの位置に割り込まれた場合の、速いゲイン設定のシステムのシミュレーション結果を示す図である。
【図８】車間距離に対するωnの設定例を示す図である。
【図９】車間距離に対するゲインｆv、ｆdを示す図である。
【図１０】１２０ｍ遠方の先行車に相対速度２０ｋｍ／ｓで接近した場合の、一実施の形態のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】１００ｋｍ／ｈ、車間距離４０ｍで追従中に相対速度１５ｋｍ／ｈの車両に車間距離３０ｍの位置に割り込まれた場合の、一実施の形態のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１車間距離センサーヘッド
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
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a preceding vehicle follow-up control device that recognizes a preceding vehicle and follows the vehicle while maintaining a constant inter-vehicle distance.
[0002]
[Prior art]
Based on the own vehicle speed V, the inter-vehicle distance deviation ΔL, the gain GV that is a function of the vehicle speed V, the gain GR that is a function of the inter-vehicle distance deviation ΔL, and the gain GD that is a function of the relative speed ΔV, Calculate the target vehicle speed VT so that the inter-vehicle distance maintains the target inter-vehicle distance,
[Expression 1]

A preceding vehicle follow-up control device that controls the vehicle speed so as to achieve the target vehicle speed VT is known (see, for example, JP-A-6-227280).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional preceding vehicle follow-up control device, since various gains GV, GR, and GD are set empirically, there is a problem that it is difficult to obtain an optimum response characteristic for every traveling environment.
[0004]
An object of the present invention is to provide a preceding vehicle follow-up control device that can obtain an optimal response characteristic in any driving environment.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
(1) The invention according to claim 1 detects an inter-vehicle distance detecting means for detecting an inter-vehicle distance, a relative speed calculating means for calculating a relative speed between the preceding vehicle and the own vehicle based on the detected inter-vehicle distance, and detecting the own vehicle speed. A vehicle speed detecting means for performing the calculation, a preceding vehicle speed calculating means for calculating the preceding vehicle speed based on the own vehicle speed detection value and the relative speed, and a value obtained by multiplying a deviation between the detected inter-vehicle distance and the target inter-vehicle distance by a first gain. A vehicle speed calculation means for calculating a target vehicle speed for setting the inter-vehicle distance detection value as the target inter-vehicle distance based on the value obtained by multiplying the relative speed calculation value by the second gain and the preceding vehicle speed, and inter-vehicle distance detection comprising a gain changing means for changing the first gain and second gain according to the value, and a vehicle speed control means for vehicle speed detection value to control the braking and driving force of the vehicle so that the target vehicle speed, the gain changing means If the detected distance between vehicles is long, the first gain is By reducing a larger second gain, when the inter-vehicle distance detection value is short reduce the second gain by increasing the first gain.
(2) In the preceding vehicle follow-up control device according to claim 2, the vehicle speed control means is approximated by a linear transfer function in which the host vehicle speed is first-order lag with respect to the target vehicle speed, and the detected inter-vehicle distance is calculated as a relative inter-vehicle distance. The first gain and the second gain are set so that the convergence characteristics for converging the values to 0 are arbitrary characteristics.
[0006]
【The invention's effect】
(1) According to the invention of claim 1, the value obtained by multiplying the deviation between the detected inter-vehicle distance and the target inter-vehicle distance by the first gain, the value obtained by multiplying the relative speed by the second gain, and the preceding vehicle speed. When the target vehicle speed for calculating the target inter-vehicle distance as the target inter-vehicle distance is calculated and the braking / driving force of the vehicle is controlled so that the own vehicle speed detection value becomes the target vehicle speed, the inter-vehicle distance detection value is long Since the first gain is decreased and the second gain is increased, and when the detected distance between the vehicles is short, the first gain is increased and the second gain is decreased. The optimal response characteristic of the follow-up control can be obtained for any driving environment such as when the vehicle is interrupted during the follow-up control. Furthermore, when approaching the preceding vehicle from a distance, a slow response characteristic is set. As a result, it is possible to start the deceleration immediately after capturing the preceding vehicle and slowly converge to the target inter-vehicle distance. The deceleration is small and there is little impact on the passenger. In addition, if the other vehicle is interrupted while following, it will be set to a fast response characteristic.As a result, the vehicle will start decelerating immediately after being interrupted and will not be too close to the preceding vehicle. Can converge to distance.
(2) According to the invention of claim 2, the vehicle speed control means is approximated by a linear transfer function in which the host vehicle speed is a first-order lag with respect to the target vehicle speed, the detected inter-vehicle distance is set to the target inter-vehicle distance, and the calculated relative speed is calculated. Since the first gain and the second gain are set so that the convergence characteristics converged to 0 are arbitrary characteristics, the intended convergence characteristics can be obtained.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment.
The inter-vehicle distance sensor head 1 is a radar-type sensor head that sweeps laser light and receives reflected light from a preceding vehicle. The inter-vehicle distance may be measured using radio waves or ultrasonic waves. The vehicle speed sensor 2 is attached to the output shaft of the transmission and outputs a pulse train having a period corresponding to the rotational speed. The throttle actuator 3 opens and closes the throttle valve according to the throttle opening signal, and adjusts the engine output by changing the intake air amount of the engine. The automatic transmission 4 changes the gear ratio according to the vehicle speed and the throttle opening. The braking device 6 is a device that generates a braking force on the vehicle.
[0008]
The follow-up controller 5 includes a microcomputer and its peripheral components, calculates a target vehicle speed based on detected values of the inter-vehicle distance and the vehicle speed, and controls the throttle actuator 3, the automatic transmission 4, and the braking device 6.
[0009]
The follow-up control controller 5 constitutes

control blocks

11, 21, 50 and 51 shown in FIG. 2 according to the software form of the microcomputer.
The ranging signal processing unit 11 measures the time from when the inter-vehicle distance sensor head 1 sweeps the laser light to receiving the reflected light of the preceding vehicle, and calculates the inter-vehicle distance L with respect to the preceding vehicle. When there are a plurality of preceding vehicles ahead, the preceding vehicle to be followed is specified and the inter-vehicle distance is calculated. The vehicle speed signal processing unit 21 measures the cycle of the vehicle speed pulse from the vehicle speed sensor 2 and detects the speed V of the host vehicle.
[0010]
The preceding vehicle follow-up control unit 50 includes a relative speed calculation unit 501, an inter-vehicle distance control unit 502, and a target inter-vehicle distance setting unit 503, and based on the inter-vehicle distance L and the own vehicle speed V, the target inter-vehicle distance L * and the target vehicle speed V *. Is calculated. The relative speed calculation unit 501 calculates a relative speed ΔV with respect to the preceding vehicle based on the inter-vehicle distance L detected by the ranging signal processing unit 11. The inter-vehicle distance control unit 502 calculates a target vehicle speed V * for making the inter-vehicle distance L coincide with the target inter-vehicle distance L * in consideration of the relative speed ΔV. The target inter-vehicle distance setting unit 503 sets a target inter-vehicle distance L * corresponding to the vehicle speed VT or the host vehicle speed V of the preceding vehicle.
[0011]
Further, the vehicle speed control unit 51 controls the throttle opening of the throttle actuator 3, the gear ratio of the automatic transmission 4, and the braking force of the braking device 6 so that the host vehicle speed V becomes the target vehicle speed V *.
[0012]
FIG. 3 shows the configuration of the entire control system.
First, the target vehicle speed V * for following the vehicle while calculating the inter-vehicle distance L at the target value L * is calculated. As shown in FIG. 3, the target relative speed ΔV * is calculated by the sum of a value obtained by multiplying the deviation ΔL between the target inter-vehicle distance L * and the inter-vehicle distance L by the gain fd and a value obtained by multiplying the relative speed ΔV by the gain fv. Ask. The gain fd corresponds to the first gain described above, and the gain fv corresponds to the second gain described above.
[Expression 2]

The gains fd and fv are parameters that determine the follow-up control performance. Next, the target vehicle speed V * is obtained by subtracting the target relative speed ΔV * from the preceding vehicle speed VT.
[Equation 3]

Further, the relative speed ΔV is obtained by passing the inter-vehicle distance detection value L through the band pass filter BPS, and further the preceding vehicle speed VT is calculated.
[Expression 4]

Therefore, the target vehicle speed V * is expressed by the following

formulas

2, 3, and 4 as follows.
[Equation 5]

[0013]
Next, the inter-vehicle distance control system will be described. Since this system is a 1-input 2-output system that controls two target values of inter-vehicle distance and relative speed with one input (target vehicle speed), a control system is designed using state feedback (regulator). System state variables x1 and x2 are defined by the following equations.
[Formula 6]

In Formula 6, VT is the vehicle speed of the preceding vehicle, and V is the vehicle speed.
[Expression 7]

Further, the control input (controller output) is defined as V * by the following equation.
[Equation 8]

The inter-vehicle distance L is expressed by the following equation.
[Equation 9]

In Equation 9, Lo is an initial value of the inter-vehicle distance.
[0014]
The vehicle speed servo system can be approximated by a linear transfer function in which the actual vehicle speed is a first order lag with respect to the target vehicle speed, for example, as in the following equation.
[Expression 10]

Assuming that the preceding vehicle vehicle speed VT is constant, Equation 6, Equation 8, and Equation 10
[Expression 11]

Further, assuming that the target inter-vehicle distance L * = constant, Equation 7 and Equation 9
[Expression 12]

Therefore, the state equation of the system can be described as follows.
[Formula 13]

[0015]
The control input u is given by the following equation.
[Expression 14]

The state equation of the entire system to which state feedback is applied is expressed by the following equation.
[Expression 15]

[Expression 16]

Therefore, the characteristic equation of the whole system is as follows.
[Expression 17]

Based on the transmission characteristics of the vehicle speed servo system described above, the gains fd and fv are set so that the characteristics in which the inter-vehicle distance L converges to the target value L * and the relative speed ΔV converges to 0 are characteristics intended by the designer. .
[Expression 18]

[Equation 19]

[Expression 20]

[0016]
The tracking control system to which the state feedback is applied has a convergence characteristic approximated by a secondary system as expressed by Expression 17. For example, when the time constant τv of the vehicle speed servo system is set to 0.5 s and the system poles are set to (1) the pole of the slow convergence characteristic and (2) the pole of the fast convergence characteristic by the pole placement method, the gains fd and fv are It is calculated | required as follows from Numerical formula 19 and Numerical formula 20, respectively.
(1) Double root: -0.1 (ωn = 0.2, ζ = 1.0) → fd = 0.02, fv = 0.8
(2) Double root: -0.4 (ωn = 0.4, ζ = 1.0) → fd = 0.08, fv = 0.6
[0017]
4 and 5 show the simulation results of the system when approaching a preceding vehicle at a distance of 120 m at a relative speed of 20 km / s. FIG. 4 shows the gain setting (1) and FIG. 5 shows the gain setting (2). Indicates. In these drawings, (a) shows the own vehicle speed V and the target vehicle speed V *, (b) shows the inter-vehicle distance L and the target inter-vehicle distance L *, and (c) shows the relative speed ΔV and the relative speed estimated value ΔVs. (D) shows the acceleration / deceleration of the vehicle.
When approaching the preceding vehicle, the control is started from the point where the inter-vehicle distance is long with the slow pole setting of (1), and slowly converges to the target inter-vehicle distance. The deceleration of the vehicle at this time is about 0.5 m / ss at maximum. On the other hand, in the fast pole setting of {circle around (2)}, the control is started after the inter-vehicle distance is reduced to some extent, and the vehicle deceleration is about 1 m / ss in order to converge with a fast response, which is larger than in the case of the slow pole.
[0018]
FIGS. 6 and 7 show the simulation results of the system when a vehicle having a relative speed of 15 km / h is interrupted at a distance of 30 m between vehicles while following at 100 km / h and an inter-vehicle distance of 40 m. FIG. FIG. 7 shows the case of gain setting and gain setting of (2) in FIG. In these drawings, (a) shows the own vehicle speed V and the target vehicle speed V *, (b) shows the inter-vehicle distance L and the target inter-vehicle distance L *, and (c) shows the relative speed ΔV and the relative speed estimated value ΔVs. (D) shows the acceleration / deceleration of the vehicle.
As shown in FIG. 7, when the vehicle is interrupted during follow-up, the vehicle quickly decelerates at the fast pole setting of (2), and the minimum inter-vehicle distance is about 25 m, and there is little approach to the interrupting vehicle. On the other hand, as shown in FIG. 6, in the slow pole setting (1), since the response is slow, the vehicle approaches the target inter-vehicle distance after approaching the interrupting vehicle to 20 m once.
[0019]
Thus, the opposite response characteristics are required when approaching from a distance and when interrupted during tracking, and it is difficult to satisfy both responsiveness with the uniquely determined response characteristics. Therefore, in this embodiment, paying attention to the inter-vehicle distance under control, the poles are set so that the response characteristic of the entire system is a slow convergence characteristic when the inter-vehicle distance is long and a fast convergence characteristic when the inter-vehicle distance is short. The gains fd and fv are determined. Then, the gains fd and fv are changed according to the inter-vehicle distance.
[0020]
A method for changing the gain based on the inter-vehicle distance will be described. As described above, since the response characteristic of this control system can be approximated by a secondary system, for example, ωn is set with respect to the inter-vehicle distance as shown in FIG. In this example, when the inter-vehicle distance is as short as 40 m or less, ωn is set to 0.4, and a fast response is obtained. When the inter-vehicle distance is long, such as 80 m or more, ωn is set as 0.2 and a slow response is obtained. Further, when the inter-vehicle distance is between 40 m and 80 m, interpolation is performed in order to smoothly switch the gain. When each gain is calculated based on this ωn, it is as shown in FIG. As shown in FIG. 9, when the inter-vehicle distance is long, the first gain fd multiplied by the inter-vehicle distance deviation ΔL is reduced, and the second gain fv multiplied by the relative speed ΔV is increased. Conversely, when the inter-vehicle distance is short, the first gain fd multiplied by the inter-vehicle distance deviation ΔL is increased, and the second gain fv multiplied by the relative speed ΔV is decreased.
[0021]
FIG. 10 shows a simulation result of this embodiment when approaching a preceding vehicle at a distance of 120 m at a relative speed of 20 km / s. FIG. 11 shows a vehicle having a relative speed of 15 km / h during tracking at a distance of 100 km / h and an inter-vehicle distance of 40 m. Fig. 6 shows the simulation result of this embodiment when the vehicle is interrupted at a distance of 30m between the vehicles. In these drawings, (a) shows the own vehicle speed V and the target vehicle speed V *, (b) shows the inter-vehicle distance L and the target inter-vehicle distance L *, and (c) shows the relative speed ΔV and the relative speed estimated value ΔVs. (D) shows the acceleration / deceleration of the vehicle.
As shown in FIG. 10, when approaching the preceding vehicle from a distance, the response characteristics are set to be slow. Therefore, after capturing the preceding vehicle, the vehicle starts decelerating at a distance of about 70 m from the vehicle, and slowly Converge to the distance between cars. Naturally, the deceleration of the vehicle is small and the impact on the occupant is small.
Further, as shown in FIG. 11, since the inter-vehicle distance during tracking is 40 m, a fast response characteristic is set. Therefore, the vehicle starts decelerating immediately after being interrupted and does not approach the preceding vehicle too much, and immediately converges to the target inter-vehicle distance.
[0022]
As described above, characteristics such as an interrupt during tracking can be obtained quickly when the distance between the vehicles is short, and when the vehicle approaches a distant preceding vehicle, the response can be obtained slowly.
[0023]
In the above-described embodiment, an example in which automatic braking control is performed by the braking device 6 is shown, and the actual vehicle speed follows any vehicle speed command value, that is, the vehicle deceleration can be ideally realized. However, in the absence of automatic brake control, the required deceleration may not be achieved with only engine braking, and there is a risk that the vehicle will be too close to the preceding vehicle. That is, for vehicles without automatic brake control, the gains fv and fd cannot be fixed as in the prior art, and the gains fv and fd are switched according to the inter-vehicle distance as in the above-described embodiment. Therefore, an optimum response characteristic can always be obtained.
[0024]
In the above-described embodiment, an example of gain scheduling has been described. However, the gain may be switched in two steps or several steps according to the inter-vehicle distance.
[0025]
In the configuration of the above embodiment, the inter-vehicle distance sensor 1 and the ranging signal processing unit 11 are the inter-vehicle distance detecting means, the relative speed calculating unit 501 is the relative speed calculating means, the target inter-vehicle distance setting unit 503 and the inter-vehicle distance control. The unit 502 constitutes vehicle speed calculation means and gain changing means, the vehicle speed sensor 2 and the vehicle speed signal processing unit 21 constitute vehicle speed detection means, and the vehicle speed control unit 51 constitutes vehicle speed control means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a control system according to an embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a control system according to an embodiment;
FIG. 4 is a diagram showing a simulation result of a system with a slow gain setting when approaching a preceding vehicle 120 m away at a relative speed of 20 km / s.
FIG. 5 is a diagram showing a simulation result of a system with fast gain setting when approaching a preceding vehicle 120 m away at a relative speed of 20 km / s.
FIG. 6 is a diagram showing a simulation result of a slow gain setting system when a vehicle having a relative speed of 15 km / h is interrupted at a position of a distance of 30 m while following at 100 km / h and a distance of 40 m.
FIG. 7 is a diagram showing a simulation result of a system for setting a fast gain when a vehicle having a relative speed of 15 km / h is interrupted at a position of an inter-vehicle distance of 30 m while following at 100 km / h and an inter-vehicle distance of 40 m.
FIG. 8 is a diagram illustrating a setting example of ωn with respect to the inter-vehicle distance.
FIG. 9 is a diagram showing gains fv and fd with respect to the inter-vehicle distance.
FIG. 10 is a diagram showing a simulation result of an embodiment when approaching a preceding vehicle at a distance of 120 m at a relative speed of 20 km / s.
FIG. 11 is a diagram showing a simulation result of an embodiment in the case where a vehicle having a relative speed of 15 km / h is interrupted at a position of an inter-vehicle distance of 30 m while following at 100 km / h and an inter-vehicle distance of 40 m.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inter-vehicle distance sensor head 2 Vehicle speed sensor 3 Throttle actuator 4 Automatic transmission 5 Follow-up control controller 6 Braking device 11 Ranging signal processing unit 21 Vehicle speed signal processing unit 50 Leading vehicle follow-up control unit 51 Vehicle speed control unit 501 Relative speed calculation unit 502 Distance control unit 503 Target inter-vehicle distance setting unit

Claims

An inter-vehicle distance detecting means for detecting an inter-vehicle distance;
Relative speed calculation means for calculating the relative speed between the preceding vehicle and the host vehicle based on the inter-vehicle distance detection value;
Vehicle speed detecting means for detecting the own vehicle speed;
Preceding vehicle speed calculation means for calculating the preceding vehicle speed based on the own vehicle speed detection value and the relative speed;
Based on the value obtained by multiplying the deviation between the detected inter-vehicle distance and the target inter-vehicle distance by the first gain, the value obtained by multiplying the relative speed calculation value by the second gain, and the preceding vehicle speed, the inter-vehicle distance detection value is obtained. Vehicle speed calculation means for calculating a target vehicle speed for the target inter-vehicle distance;
Gain changing means for changing the first gain and the second gain according to a detected inter-vehicle distance;
Vehicle speed control means for controlling the braking / driving force of the vehicle so that the vehicle speed detection value becomes the target vehicle speed ,
The gain changing means reduces the first gain to increase the second gain when the inter-vehicle distance detection value is long, and increases the first gain when the inter-vehicle distance detection value is short. preceding vehicle to be Rukoto characterized reduced second gain cruise control system.

In the preceding vehicle follow-up control device according to claim 1 ,
The vehicle speed control means is approximated by a linear transfer function in which the host vehicle speed is first-order lag with respect to the target vehicle speed, and a convergence characteristic for converging the detected inter-vehicle distance value to the target inter-vehicle distance and the relative speed calculation value to 0 is an arbitrary characteristic. The preceding vehicle follow-up control device is characterized in that the first gain and the second gain are set so that