JP3690185B2 - Preceding vehicle tracking control device - Google Patents

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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】
従来、先行車追従制御装置としては、例えば特開平7−69094号公報に記載されているものが知られている。
この従来例には、先行車の速度と車間距離偏差に制御ゲインを乗じて補正速度を求め、その補正速度に基づいて目標車速を設定すると共に、車間距離偏差に乗じる制御ゲインを調整することによって追従の応答特性を任意に設定するようにした先行車追従制御装置が記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例にあっては、制御ゲインを調整することによって追従制御の応答特性を任意に設定できるものであるが、応答特性が車間距離偏差のみに依存しているため、例えば速い応答特性に設定した場合に、先行車との間に相対速度差が無い車両に割り込まれると車間距離を広げようとして減速、場合によって急減速することが有り、乗員に違和感を与えるという問題がある。
【0004】
これを解決するために、本出願人は、先に特願平9−321402号として、車間距離Lと制御ゲインを求めるための固有振動数ωn との関係を相対速度をパラメータとして設定することにより、先行車との相対速度に応じて追従制御の応答性を決定するようにした先行車追従制御装置を提案している。
しかしながら、この先願発明では、先行車に追従走行している状態で、相対速度が同じでほぼ同等の車間距離に割込まれた場合は、車速にかかわらず制御ゲインに変化を生じないので、目標車間距離を維持するために、高速領域でも低速領域でも同一の減速制御を行うことになり、運転者が高速領域及び低速領域の何れかで違和感を感じるという未解決の課題がある。
【0005】
そこで、本発明は、上記従来例の問題点及び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、制御ゲインを相対速度に応じて適正値に設定可能であり、さらに車速領域に応じて適正な制御ゲインを設定する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。
【0006】
【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、自車速を検出する自車速検出手段と、先行車との相対速度を検出する相対速度検出手段と、前記車間距離検出手段で検出した車間距離検出値を目標車間距離に一致させるために当該車間距離検出値、目標車間距離及び前記相対速度に基づいて目標車速を演算する車間距離制御手段と、前記自車速検出手段で検出した自車速検出値を前記目標車速に一致させるための目標駆動力を演算し、該目標駆動力に基づいて車両の制駆動力を制御する車速制御手段と、前記車間距離制御手段における前記目標車速を演算するための制御ゲインを少なくとも車速サーボ系の伝達特性及び追従制御系の固有振動数に基づき設定すると共に、該固有振動数を前記相対速度検出手段で検出した相対速度に応じて算出するゲイン設定手段とを備えていることを特徴としている。
【0007】
この請求項1に係る発明においては、車間距離制御手段で、先行車との車間距離を目標車間距離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、車間距離制御手段の目標車速を演算するための制御ゲインを少なくとも車速サーボ系の伝達特性及び追従制御系の固有振動数に基づき設定すると共に、該固有振動数を前記相対速度検出手段で検出した相対速度に応じて算出することにより、車間距離にかかわらず定常的な追従状態即ち相対速度が小さい領域では応答性を低下させ、過渡的な追従状態即ち相対速度が大きい領域では応答性を高めることが可能となる。
【0008】
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、前記車間距離制御手段は、目標車間距離から車間距離検出値を減算した車間距離偏差に車間制御ゲインfdを乗算した値と、相対速度に車速制御ゲインfvを乗算した値とを加算して算出する目標相対速度を先行車車速から減算して目標車速を算出するように構成され、前記ゲイン設定手段は、相対速度の絶対値が小さいときに小、大きいときに大となる基準固有振動数が設定され、該基準周波数に補正係数を乗じて前記追従制御系の固有振動数を算出し、少なくとも算出した固有振動数及び前記サーボ系の伝達特性に基づいて車間制御ゲインfd及び速度制御ゲインfvを算出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2に係る発明においては、車間距離が目標車間距離と略等しく相対速度が小さい状態では、基準固有振動数が小さい値となり、車間距離と目標車間距離との偏差に乗じる車間制御ゲインfdを小さい値とすると共に、相対速度に乗じる車速制御ゲインfvを大きい値とすることができ、車間距離変化に対しては応答性を低下させ、速度変化に対しては応答性を向上させることができ、逆に先行車の急加減速によって相対速度の絶対値が大きくなる状態では、基準固有振動数が大きな値となって、車間制御ゲインfdを大きい値とすると共に、車速制御ゲインfvを僅かに低下させて、目標車間距離に一致させる応答性を向上させる。
【0009】
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、前記補正係数は自車速の増加に応じて小さい値となるように変更され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、補正係数が自車速の増加に応じて小さい値に変更されるので、車速の変化に応じた適正な制御ゲインの設定が可能となる。
【0010】
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3に係る発明において、前記補正係数 (v) は、自車速が低い低速領域で“1”より大きな値となり、高速領域で“1”以下の値となるように設定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、市街地等の比較的低速走行領域では、補正係数を大きな値とすることにより、制御ゲインを大きくして応答性を高め、高速道路等の高速走行領域では、補正係数を小さな値とすることにより、制御ゲインを低下させて応答性を低下させる。
【0011】
【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、車間距離制御手段における目標車速を演算するための制御ゲインを少なくとも車速サーボ系の伝達特性及び追従制御系の固有振動数に基づき設定すると共に、該固有振動数を前記相対速度検出手段で検出した相対速度に応じて算出するので、定常追従、割込、離脱等の状態を判断することなく、定常的な追従状態と過渡的な追従状態とで制御ゲインを適正に変更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、最適な制御ゲイン設定を行うことができるという効果が得られる。
【0012】
また、請求項2に係る先行車追従制御装置によれば、車間距離が目標車間距離と略等しく相対速度が小さい状態では、基準固有振動数が小さい値となり、車間距離偏差に乗じる車間制御ゲインfdを小さい値とすると共に、相対速度に乗じる車速制御ゲインfvを大きい値とすることができ、車間距離変化に対しては応答性を低下させ、速度変化に対しては応答性を向上させることができ、逆に先行車の急加減速によって相対速度の絶対値が大きくなる状態では、基準固有振動数が大きな値となって、車間制御ゲインfdを大きい値とすると共に、車速制御ゲインfvを僅かに低下させて、目標車間距離に一致させる応答性を向上させるとができ、適正な制御ゲイン設定を行うことができ、運転者に違和感を与えることを確実に防止することができるという効果が得られる。
【0013】
さらに、請求項3に係る先行車追従制御装置によれば、前記補正係数は自車速の増加に応じて小さい値に変更されるので、車速の変化に応じた適正な制御ゲインの設定が可能となるという効果が得られる。
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、市街地等の比較的低速走行領域では、補正係数を“1”より大きな値とすることにより、制御ゲインを大きくして応答性を高め、高速道路等の高速走行領域では、補正係数を“1”以下の値とすることにより、制御ゲインを低下させて応答性を低下させることができ、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。
【0014】
【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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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* を演算する車間距離制御演算部43とを備えている。
【0019】
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。
【0020】
F(s) =ωC 2 s/(s2 +2ζωC s+ωC 2 ) …………(1)
但し、ωC =2πfC 、sはラプラス演算子である。
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fC 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。
【0021】
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。
* =Vt×T0 +LS …………(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、LS は停止時車間距離である。
【0022】
さらに、車間距離制御演算部43は、車間距離L、目標車間距離L* 及び相対速度ΔV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目標車速V* を演算する。具体的には、下記(3)式に示すように、目標車間距離L* と実車間距離Lとの偏差(L* −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含む構成によって目標相対速度ΔV* を求め、さらに下記(4)式に示すように先行車速度Vt(=Vs+ΔV)から目標相対速度ΔV* を減じて目標車速V* を算出する。
【0023】
ΔV* =fd(L* −L)+fv・ΔV …………(3)
* =Vt−ΔV* …………(4)
ここで、距離制御ゲインfd及び速度制御ゲインfvは下記のようにして設定される。
上記車間距離制御系は、図3に示すように、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)を用いて制御系を設計する。
【0024】
このとき、システムの状態変数x1及びx2を下記(5)式及び(6)式で定義する。
x1=Vt−Vs …………(5)
x2=L* −L …………(6)
また、制御入力即ち追従制御用コントローラ5の出力をΔV* とし、下記(7)式で定義する。
【0025】
ΔV* =Vt−V* …………(7)
一方、車間距離Lは下記(8)式で与えられる。
L=∫(Vt−Vs)dt+L0 …………(8)
ここで、L0 は車間距離Lの初期値である。
また、車速サーボ系は、例えば下記(9)式のように目標車速V* に対して実際の自車速Vsが一次遅れで近似できる。
【0026】
Vs=V* /(1+τV S) …………(9)
ここで、τV は時定数である。
そして、先行車の車速Vtが一定であると仮定すると、前記(5)、(7)、(9)式から下記(10)式が得られる。
x1′=−x1/τV +ΔV* /τV …………(10)
ここで、x1′はx1の微分値を表している。
【0027】
さらに、目標車間距離L* を一定とすると前記(6)、(8)式により下記(11)式が得られる。
x2′=−(Vt−Vs)=−x1 …………(11)
ここで、x2′はx2の微分値を表している。
したがって、システムの状態方程式は下記(12)式のように記述できる。
【0028】
【数1】
【0029】
そして、制御入力uを距離制御ゲインfd及び速度制御ゲインfvを使用して下記(13)式で与える。
u=FX F=〔fv,fd〕 …………(13)
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下記(14)式のように表される。
【0030】
X′=(A+BF)X …………(14)
ここで、X′はXの微分値を表す。
上記(14)式において、
【0031】
【数2】
【0032】
と置くと、全体システムの特性方程式は下記(16)式のように導かれる。
【0033】
【数3】
【0034】
上述した車速サーボ系の伝達特性に基づき、車間距離Lを目標車間距離L* に収束させ、相対速度ΔVを“0”に収束させる特性が所望の特性となるように車速制御ゲインfv及び車間距離制御ゲインfdを設定する。
ここで、上述した状態フィードバックが施された追従制御系は、上記(16)式で表されるようにその収束特性が二次系で近似され、二次遅れ系の特性方程式は、固有振動数ωn と減衰係数ζとで表すとs2 +2ζωn s+ωn 2 =0となるので、この特性方程式と(16)式とから下記(17)式が得られる。この(17)式から車速制御ゲインfv及び車間制御ゲインfdが下記(18)式及び(19)式で得られる。
【0035】
【数4】
【0036】
この追従制御系において、所望の応答特性となるように極を設定することによって車速制御ゲインfv及び距離制御ゲインfdを求めることができる。
例えば、車速サーボ系の時定数τV を0.5sec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、制御ゲインfv及びfdは上記(18)式及び(19)式から下記表1に示すようになる。
【0037】
【表1】
【0038】
したがって、相対速度ΔVをもとに基準固有振動数ωL を算出するための振動数算出マップを図4に示すように、上記(a)、(b)の極を上限、下限とすると共に、相対速度ΔVを横軸に基準固有振動数ωL を縦軸にとったときに、相対速度ΔVが“0”のときに基準固有振動数ωL が下限値の0.2rad/sとなり、相対速度ΔVが正方向及び負方向に増加して所定値±ΔV1 (例えば±20km/h)に達するまでの間基準固有振動数ωL が直線的に増加し、相対速度ΔVが所定値±ΔV1 を越えると上限値の0.4rad/sに固定されるように設定している。
【0039】
一方、車速に応じて応答特性を変更するために、自車速に応じて補正係数K(v) を算出する補正係数算出マップを、図5に示すように、例えば40km/h以下の低車速域では、補正係数K(v) を2.3程度に設定し、40km/hから90km/hまでの間で自車速Vsの増加に応じて減少し、80km/hを越えると補正係数K(v) が“1”以下となり、90km/h以上では補正係数K(v) が約0.8を維持するように設定している。
【0040】
そして、車間距離制御演算部43で、図6に示す車間距離制御演算処理が実行される。この車間距離制御演算処理は、所定時間(例えば10msec)毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップS1で車間距離L、自車速Vs及び相対速度ΔVを読込み、次いでステップS2に移行して、先行車を捕捉しているか否かを判定する。この判定は、ステップS1で読込んだ車間距離Lが設定値Ls(例えば120m)以下であるか否かを判断することにより行い、L≦Lsであるときには、先行車が存在するものと判断してステップS3に移行する。
【0041】
このステップS3では、ステップS1で読込んだ相対速度ΔVをもとに図4の振動数算出マップを参照して基準固有振動数ωL を算出し、次いでステップS4に移行して、ステップS1で読込んだ自車速Vsをもとに図5の補正係数算出マップを参照して補正係数K(v) を算出し、次いでステップS5に移行して、基準固有振動数ωL と補正係数K(v) とを乗算して固有振動数ωn を算出してからステップS6に移行する。
【0042】
このステップS6では、ステップS5で算出した固有振動数ωn をもとに、前記(18)式及び(19)式の演算を行って、車速制御ゲインfv及び車間距離制御ゲインfdを算出する。
次いで、ステップS7に移行して、前記(3)式の演算を行って目標相対速度ΔV* を算出し、次いでステップS8に移行して、前記(4)式の演算を行って目標車速V* を算出し、算出した目標車速V* を車速制御部50に出力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。
【0043】
一方、ステップS2の判定結果が、先行車を捕捉できない状態であるときには、ステップS9に移行して、予め設定されたセット車速VSET を目標車速V* として設定して、車速制御部50に出力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。
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FOR及び外乱推定値dV ′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部51を備えている。
【0044】
この車速サーボ部51は、図7に示すように、例えば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の構成を有し、車間距離制御部40から入力される目標車速V* に基づいて制・駆動力指令値FORを算出するモデルマッチング補償器51Aと、このモデルマッチング補償器51Aで算出された制・駆動力指令値FORより自己が算出した外乱推定値dV ′を減算して目標制・駆動力F* を算出する減算器51Bと、この減算器51Bより出力される目標制・駆動力F* と自車速Vsとに基づいて外乱推定値dV ′を算出するロバスト補償器51Cとで構成され、前記目標制・駆動力F* を制御対象車両に操作量として供給している。ここで、制御対象車両は、目標制・駆動力F* を操作量とし、自車速Vsを制御量とした伝達関数Gv(s) の数式化モデルで表す。
【0045】
モデルマッチング補償器51Aは、車速サーボ系の応答特性を規範モデルに一致させるための補償器であって、フィードフォワード部の規範モデルR2(s)で入出力応答特性を設定し、フィードバック部の規範モデルR1(s)で外乱除去機能と安定性を決定し、目標車速V* と自車速Vsとから制・駆動力指令値FORを算出する。
【0046】
ロバスト補償器51Cは、入力される目標制・駆動力F* を実際に車両で発生し得る最大駆動力及び最大制動力に制限する制・駆動力リミッタ51aと、この駆動力リミッタ51aの出力にフィルタ処理H(s) を行うロバストフィルタ51bと、自車速Vsが入力され、これに車両モデルの逆系にロバストフィルタをかけて(H(s) /Gv(s) )現在の自車速Vsを維持するための制・駆動力F2を求める補償器51cと、この補償器51cより出力される制・駆動力F2からローパスフィルタ51bより出力される制・駆動力F1を減算する減算器51dとを備えており、減算器51dより路面勾配、モデル化誤差等を含んだ外乱推定値dV ′が出力される。
【0047】
そして、減算器51B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を制御する。
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、車両が市街地を例えば40km/h以下で且つ先行車を捕捉した状態で適正な目標車間距離を維持して追従走行しているものとする。この状態では、先行車が定速走行しているものとすると、車間距離センサ1で検出される車間距離Lが目標車間距離L* を維持していることにより、自車速Vsが先行車の車速Vtと略一致して相対速度演算部41で算出される相対速度ΔVが略零となっている。
【0048】
この状態では、車間距離制御演算部43における図6の車間距離制御演算処理で、先行車を捕捉しているので、ステップS2からステップS3に移行し、相対速度ΔVをもとに図4の固有振動数算出用マップを参照して基準固有振動数ωL を算出する。このとき、相対速度ΔVが略零であるので、基準固有振動数ωL は下限値の0.2となる。
【0049】
次いで、ステップS4に移行して、自車速Vsをもとに図5の補正係数算出用マップを参照して補正係数K(v) を算出する。このとき、市街地を40km/h以下で追従走行しているので、補正係数K(v) が2.3となり、ステップS5で算出される固有振動数ωn は、0.46となり、相対速度ΔVが大きい領域の基準固有振動数ωL に近い値となる。このため、ステップS6で算出される車速制御ゲインfvは0.54に設定され、車間距離制御ゲインfdは0.106に設定される。ここで、車速制御ゲインfvは前述した表1における固有振動数ωn が上限値である場合に近い値であるが、車間距離ゲインfdは表1における固有振動数ωn が上限値である場合より大きな値となる。
【0050】
次いで、ステップS7に移行して、前記(3)式の演算を行って、目標相対速度ΔV* を算出するが、車間距離Lが目標車間距離L* に略等しく、且つ相対速度ΔVも略“0”であるので、目標相対速度ΔV* も略“0”となる。次いで、ステップS8に移行して、前記(4)式の演算を行って目標車速V* を算出するが、目標相対速度ΔV* が略“0”であることにより、自車速Vsがそのまま目標車速V* として算出され、これが車速制御部50に出力され、この車速制御部50で現在の自車速Vsが維持される。
【0051】
この定速での追従走行状態から、先行車が急減速するか他車線からの割込みがあって車間距離Lが急減した場合には、相対速度ΔVが負方向に増加することにより、ステップS3で算出される基準固有振動数ωL が0.2より大きな値となるので、ステップS5で算出される固有振動数ωn がより大きな値となり、ステップS6で算出される車速制御ゲインfvは減少し、車間距離制御ゲインfdは増加し、さらに車間距離Lと目標車間距離L* の偏差も大きくなるので、ステップS7で算出される目標相対速度ΔVが正方向に増加し、ステップS8で算出される目標車速V* が急減し、これが車速制御部50に出力されることにより、車速制御部50で算出される目標制・駆動力F* が負の大きな値となり、スロットルアクチュエータ2によりスロットルバルブが全閉状態に制御され、且つ制動装置Bを作動させて大きな制動力を発生して、高応答性をもって自車両を減速させて、車間距離Lを目標車間距離L* に速く収束させる。
【0052】
先行車が加速するか又は自車両が他車線に離脱して先行車との車間距離Lが大きくなっ場合も同様に、基準固有振動数ωL が増加して、固有振動数ωn が増加し、車速制御ゲインfv及び車間距離制御ゲインfdも減速時と同様の値となるので、ステップS7で算出される目標相対速度ΔV* が負方向に増加し、これに応じてステップS8で算出される目標速度V* が増加して、高応答性をもって自車両を加速させて、車間距離Lを目標車間距離L* に速く収束させる。
【0053】
一方、高速道路を高速走行していて、先行車を捕捉していない状態では、図6の車間距離制御演算処理において、ステップS2からステップS9に移行して、追従制御を開始する際に設定した設定車速VSET が目標車速V* として設定され、これが車速制御部50に出力されることにより、この目標車速V* に自車速Vsを一致させるようにスロットルアクチュエータ2が制御される。
【0054】
また、高速道路を高速走行し、先行車を捕捉して目標車間距離を維持して追従走行している状態では、図6におけるステップS3で算出される基準固有振動数ωL は相対速度ΔVが略零であることにより、前述した市街地走行と同様に下限値の0.2となるが、ステップS4で算出される補正係数K(v) は例えば80km/h以上で走行している場合には、“1”以下となるため、ステップS5で算出される固有振動数ωn が前述した表1における固有振動数ωn が下限値にある場合と略等しくなり、ステップS6で算出される車速制御ゲインfvは市街地走行時に比較してやや大きくなり、車間距離制御ゲインfdは市街地走行時に比較して大幅に小さくなる。
【0055】
この場合も、目標車間距離L* を維持して定速走行している場合には、前述した市街地走行時と同様に自車速Vsが目標車速V* として設定されることにより、定速走行での追従走行状態を維持するが、先行車の減速(又は増速)又は他車線からの車両の割込(又は自車両の他車線への離脱)によって車間距離Lが減少(又は増加)した場合には、相対速度ΔVが負(又は正)方向に増加し、これに応じて基準固有振動数ωL が0.2より増加するが、補正係数K(v) は“1”近傍の値を維持するので、固有振動数ωn が小さい値を維持することから、上述したように車速制御ゲインfvは市街地走行時に比較してやや大きくなり、車間距離制御ゲインfdは市街地走行時に比較して大幅に小さくなる。
【0056】
したがって、ステップS7で算出される目標相対速度ΔV* も市街地走行時に比較して小さい値となり、ステップS8で算出される目標車速V* の前回値に対する変化量が小さい値となり、これが車速制御部50に出力されることにより、自車速Vsが比較的緩やかに減少(又は増加)されて低応答性をもって車間距離Lが目標車間距離L* に収束される。
【0057】
また、市街地と高速道路との中間の速度で走行する場合には、これに応じた補正係数K(v) が設定されるので、走行速度に応じた最適な車速制御ゲインfv及び車間距離制御ゲインfdが設定される。
このように、上記実施形態によれば、相対速度ΔVが小さい領域では基準固有振動数ωL が小さい値に設定され、相対速度ΔVが大きい領域では基準固有振動数ωL が大きい値に設定されることにより、相対速度ΔVが小さく目標車間距離L* を維持しながら追従走行している定常状態では、速度制御ゲインfvは大きめであるが、車間距離制御ゲインfdが大幅に小さく設定されるので、先行車との車間距離変化に対しては低応答性をもって対処し、逆に先行車が急加減速して相対速度ΔVが大きい過渡状態では、速度制御ゲインfvはやや減少するが、車間距離制御ゲインfdが大きくなって高応答性をもって車間距離Lを目標車間距離L* に速く収束させることができ、運転者に違和感を与えることなく、しかも定常状態や割込等の過渡状態を検出して、これらの状態判断を行うことなく、最適な追従走行制御を行うことができる。
【0058】
また、補正係数K(v) が低車速域では“1”より大きい値に設定され、高車速域では“1”より小さい値に設定されていることにより、市街地等を比較的低車速で走行する場合には、車間距離制御ゲインfdが大きな値に設定されることにより、高応答性をもって車間距離Lを目標車間距離L* に収束させることができ、運転者の市街地走行時の車間距離に対する感度が高くなる傾向に合わせることができ、逆に高速域では高速道路等の速度変化がそれほど起こらない交通流であるので、車間距離制御ゲインfdを小さな値に設定して、車間距離の応答をさげてゆっくりと車間を調整する運転者の感覚に合わせることができ、あらゆる車速域で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。
【0059】
なお、上記実施形態においては、固有周波数算出用マップを図4に示すように、相対速度ΔVが0km/hの状態から±20km/hの間で相対速度の変化に応じて直線的に基準固有振動数ωL が増加するように設定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、基準固有振動数ωL を相対速度の変化に応じて複数段のステップ状に増減させるようにしてもよく、補正係数算出用マップも図5に示す場合に限らず、補正係数K(v) を低速域及び高速域間で自車速Vsの変化に応じて複数段のステップ状に増減させるようにしてもよい。
【0060】
また、上記実施形態においては、基準固有周波数ωL 及び補正係数K(v) をマップを参照して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、図4及び図5の特性線に応じた方程式に基づいて算出するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、車間距離制御演算部43で図6の車間距離制御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するようにしてもよく、追従制御用コントローラ5全体をハードウェアで構成するようにしてもよい。
【0061】
さらにまた、上記実施形態においては、基準固有振動数ωL に補正係数K(v) を乗算して固有振動数ωn を算出する場合について説明したが、基準固有振動数ωL に補正係数K(v) を加減算して固有振動数ωn を算出するようにしてもよく、さらには、図4及び図5を合わせた相対速度ΔVを横軸に、固有振動数ωn を縦軸に取り、自車速Vsをパラメータとする制御マップを形成し、相対速度ΔV及び自車速Vsから固有振動数ωn を算出するようにしてもよい。
【0062】
なおさらに、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の車間距離制御部の具体例を示すブロック線図である。
【図4】車間距離制御演算部の相対速度と基準固有周波数との関係を表す固有周波数算出用マップを示す説明図である。
【図5】車間距離制御演算部の自車速と補正係数との関係を表す補正係数算出用マップを示す説明図である。
【図6】車間距離制御演算部における車間距離制御演算処理の一例を示すフローチャートである。
【図7】車速制御部の具体例を示すブロック線図である。
【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 車間距離制御演算部
50 車速制御部
51 車速サーボ部
[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]
Conventionally, as a preceding vehicle follow-up control device, for example, a device described in JP-A-7-69094 is known.
In this conventional example, the corrected speed is obtained by multiplying the speed of the preceding vehicle and the inter-vehicle distance deviation by the control gain, the target vehicle speed is set based on the corrected speed, and the control gain multiplied by the inter-vehicle distance deviation is adjusted. A preceding vehicle follow-up control device is described in which the response characteristic of follow-up is arbitrarily set.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional example, the response characteristic of the follow-up control can be arbitrarily set by adjusting the control gain. However, since the response characteristic depends only on the inter-vehicle distance deviation, for example, the fast response characteristic When the vehicle is set to, if it is interrupted by a vehicle having no relative speed difference with the preceding vehicle, the vehicle may decelerate to increase the inter-vehicle distance, and may suddenly decelerate depending on the case, giving the passenger an uncomfortable feeling.
[0004]
In order to solve this problem, the applicant of the present application previously described Japanese Patent Application No. 9-321402 as the natural frequency ω for obtaining the inter-vehicle distance L and the control gain.nBy setting the relative speed as a parameter, the preceding vehicle follow-up control device that determines the response of the follow-up control according to the relative speed with the preceding vehicle is proposed.
However, in this prior invention, when the vehicle is following the preceding vehicle and the relative speed is the same and the vehicle distance is interrupted to an almost equivalent distance, the control gain does not change regardless of the vehicle speed. In order to maintain the inter-vehicle distance, the same deceleration control is performed in both the high speed region and the low speed region, and there is an unsolved problem that the driver feels uncomfortable in either the high speed region or the low speed region.
[0005]
Therefore, the present invention has been made paying attention to the problems of the conventional example and the unsolved problems of the prior invention, and the control gain can be set to an appropriate value according to the relative speed. An object of the present invention is to provide a preceding vehicle follow-up control device capable of setting an appropriate control gain according to the above.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a preceding vehicle follow-up control device according to claim 1 includes an inter-vehicle distance detecting unit that detects an inter-vehicle distance from a preceding vehicle, an own vehicle speed detecting unit that detects an own vehicle speed, and a preceding vehicle. A relative speed detecting means for detecting a relative speed; and a target vehicle speed based on the detected inter-vehicle distance, the target inter-vehicle distance and the relative speed in order to make the detected inter-vehicle distance detected by the inter-vehicle distance detecting means coincide with the target inter-vehicle distance. A vehicle distance control means for calculating the vehicle and a target driving force for making the own vehicle speed detection value detected by the own vehicle speed detecting means coincide with the target vehicle speed, and the braking / driving force of the vehicle is calculated based on the target driving force. A vehicle speed control means for controlling, and a control gain for calculating the target vehicle speed in the inter-vehicle distance control means.at leastTransmission characteristics of vehicle speed servo systemAnd natural frequency of tracking control systemAnd set based onThe natural frequencyIs provided with a gain setting means for calculating according to the relative speed detected by the relative speed detection means.
[0007]
  In the first aspect of the present invention, the inter-vehicle distance control means calculates a target vehicle speed for matching the inter-vehicle distance with the preceding vehicle to the target inter-vehicle distance, and the vehicle speed control means matches the target vehicle speed with the own vehicle speed detection value. Follow-up running control is performed to maintain the target inter-vehicle distance by controlling the driving force / braking force so as to achieve the above. At this time, the control gain for calculating the target vehicle speed of the inter-vehicle distance control means isat leastTransmission characteristics of vehicle speed servo systemAnd natural frequency of tracking control systemAnd set based onThe solidBy calculating the vibration frequency according to the relative speed detected by the relative speed detecting means, the responsiveness is lowered in the steady following state, that is, the region where the relative speed is small, regardless of the inter-vehicle distance, and the transient following state. That is, it is possible to improve the responsiveness in a region where the relative speed is large.
[0008]
  The preceding vehicle following control device according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the inter-vehicle distance control means multiplies an inter-vehicle distance deviation obtained by subtracting a detected inter-vehicle distance from a target inter-vehicle distance by an inter-vehicle control gain fd. A target relative speed calculated by adding the calculated value and a value obtained by multiplying the relative speed by the vehicle speed control gain fv to calculate the target vehicle speed by subtracting the target vehicle speed from the preceding vehicle speed. The absolute value of the speed isA reference natural frequency that is small when small and large when large is set, and the natural frequency of the tracking control system is calculated by multiplying the reference frequency by a correction coefficient.Andat leastCalculated natural frequencyAnd transfer characteristics of the servo systemThe inter-vehicle control gain fd and the speed control gain fv are calculated based on the above.
  In the invention according to claim 2, when the inter-vehicle distance is substantially equal to the target inter-vehicle distance and the relative speed is small, the reference natural frequency becomes a small value, and the inter-vehicle control gain fd that multiplies the deviation between the inter-vehicle distance and the target inter-vehicle distance. Can be set to a small value, and the vehicle speed control gain fv multiplied by the relative speed can be set to a large value to reduce the responsiveness to changes in the inter-vehicle distance and improve the responsiveness to changes in the speed. On the contrary, when the absolute value of the relative speed increases due to sudden acceleration / deceleration of the preceding vehicle, the reference natural frequency becomes a large value, the inter-vehicle control gain fd is increased, and the vehicle speed control gain fv is slightly decreased. To improve the responsiveness to match the target inter-vehicle distance.
[0009]
  Furthermore, the preceding vehicle follow-up control device according to claim 3 is the invention according to claim 2,The correction coefficient is changed so as to become a small value as the host vehicle speed increases.It is characterized by that.
  In the invention according to claim 3,The correction factor is changed to a smaller value as the vehicle speed increasesTherefore, it is possible to set an appropriate control gain according to a change in vehicle speed.
[0010]
Furthermore, the preceding vehicle following control device according to claim 4 is the invention according to claim 3, wherein the correction coefficient isK (v)In the low speed range where the vehicle speed is lowFrom “1”Large value, in high speed range"1" or lessIt is characterized by being set to be a value of.
In the invention according to claim 4, in a relatively low speed running area such as an urban area, the correction coefficient is set to a large value, thereby increasing the control gain and improving the responsiveness. In the high speed running area such as a highway, By setting the correction coefficient to a small value, the control gain is lowered and the responsiveness is lowered.
[0011]
【The invention's effect】
  According to the preceding vehicle follow-up control device according to claim 1, the control gain for calculating the target vehicle speed in the inter-vehicle distance control means is obtained.at leastTransmission characteristics of vehicle speed servo systemAnd natural frequency of tracking control systemAnd set based onThe solidSince the vibration frequency is calculated according to the relative speed detected by the relative speed detection means, the steady follow-up state and the transient follow-up state can be determined without judging the state of steady follow-up, interruption, separation, etc. It is possible to appropriately change the control gain, and the effect that the optimum control gain setting can be performed without giving the driver a sense of incongruity is obtained.
[0012]
Further, according to the preceding vehicle follow-up control device according to claim 2, in a state where the inter-vehicle distance is substantially equal to the target inter-vehicle distance and the relative speed is small,The reference natural frequency becomes a small value, the inter-vehicle control gain fd multiplied by the inter-vehicle distance deviation can be made small, and the vehicle speed control gain fv multiplied by the relative speed can be made large, and a response to a change in inter-vehicle distance. To improve responsiveness to speed changesOn the contrary, in the state where the absolute value of the relative speed increases due to sudden acceleration / deceleration of the preceding vehicle,The reference natural frequency becomes a large value, the inter-vehicle control gain fd is increased, and the vehicle speed control gain fv is slightly decreased to improve the response to match the target inter-vehicle distance.ThisAnd canAppropriate control gain can be setCan surely prevent the driver from feeling uncomfortableThe effect is obtained.
[0013]
  Furthermore, according to the preceding vehicle follow-up control device according to claim 3,The correction coefficient is changed to a smaller value as the vehicle speed increases.Therefore, it is possible to obtain an effect that an appropriate control gain can be set according to a change in the vehicle speed.
  Furthermore, according to the preceding vehicle follow-up control device according to claim 4, in a relatively low speed traveling region such as an urban area, the control coefficient is increased to a value larger than “1”, thereby increasing the control gain and improving the response. In high-speed driving areas such as highways, the correction coefficient is set to a value of “1” or less, so that the control gain can be lowered and the responsiveness can be lowered. The effect that the follow-up control can be performed is obtained.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, C is a vehicle, which is a radar system that sweeps laser light at its front end and receives reflected light from a preceding vehicle. An inter-vehicle distance sensor 1 having a configuration is provided. The inter-vehicle distance sensor 1 may measure the inter-vehicle distance using not only laser light but also radio waves and ultrasonic waves.
[0015]
Further, the rotational driving force generated by the engine E is transmitted to the automatic transmission T whose transmission gear ratio is controlled according to the vehicle speed and the engine torque, and is transmitted from the automatic transmission T to the driving wheels of the rear wheels or the front wheels. Each wheel is provided with a braking device B such as a disc brake.
A vehicle speed sensor 2 is attached to the output shaft of the automatic transmission T, and a pulse train having a period corresponding to the rotational speed of the output shaft is output from the vehicle speed sensor 2. Further, the engine E is provided with a throttle actuator 3 that opens and closes a throttle valve in accordance with a throttle valve opening signal and changes an intake air amount to the engine to adjust an engine output.
[0016]
Further, the throttle actuator 3, the automatic transmission T and the braking device B are controlled by the follow-up control controller 5. Output signals of the inter-vehicle distance sensor 1 and the vehicle speed sensor 2 are input to the follow-up control controller 5. The inter-vehicle distance L detected by the inter-vehicle distance sensor 1 and the wheel speed sensor 2 are detected by the follow-up control controller 5. By controlling the throttle actuator 3, the automatic transmission T, and the braking device B on the basis of the host vehicle speed Vs, the following traveling control is performed to follow the vehicle while maintaining an appropriate inter-vehicle distance from the preceding vehicle.
[0017]
The follow-up control controller 20 includes a microcomputer and its peripheral devices, and constitutes a control block shown in FIG. 2 according to the software form of the microcomputer.
The control block measures the time from when the inter-vehicle distance sensor 1 sweeps the laser light to receiving the reflected light of the preceding vehicle, and calculates the inter-vehicle distance L with the preceding vehicle, The vehicle speed signal processing unit 30 that measures the cycle of the vehicle speed pulse from the vehicle speed sensor 13 and calculates the host vehicle speed Vs, the inter-vehicle distance L calculated by the ranging signal processing unit 21, and the host vehicle speed calculated by the vehicle speed signal processing unit 30. Based on Vs, the inter-vehicle distance L is set to the target inter-vehicle distance L.*Target vehicle speed to maintain at V*And a target vehicle speed V calculated by the inter-vehicle distance control unit 40 as inter-vehicle distance control means.*And the throttle actuator 3, the automatic transmission T, and the braking device B are controlled based on the relative speed ΔV, and the own vehicle speed is set to the target vehicle speed V.*And a vehicle speed control unit 50 as a vehicle speed control means for controlling to match the above.
[0018]
The inter-vehicle distance control unit 40 includes a relative speed calculation unit 41 that calculates a relative speed ΔV with respect to the preceding vehicle based on the inter-vehicle distance L input from the ranging signal processing unit 20, and an automatic input that is input from the vehicle speed signal processing unit 30. The target inter-vehicle distance L between the preceding vehicle and the host vehicle based on the vehicle speed Vs*The target inter-vehicle distance setting unit 42 that calculates the relative speed ΔV calculated by the relative speed calculating unit 41 and the target inter-vehicle distance L calculated by the target inter-vehicle distance setting unit 42.*Based on the target vehicle distance L*Target vehicle speed V to match*The inter-vehicle distance control calculation unit 43 is provided.
[0019]
Here, the relative speed calculation unit 41 is configured by a band-pass filter that performs, for example, band-pass filter processing on the inter-vehicle distance L input from the ranging signal processing unit 20. This band-pass filter has a transfer function expressed by the following equation (1) and has a differential term of a Laplace operator s in the numerator. Therefore, the relative speed ΔV is approximately differentiated by substantially differentiating the inter-vehicle distance L. Will be calculated.
[0020]
F (s) = ωC 2s / (s2+ 2ζωCs + ωC 2) ………… (1)
Where ωC= 2πfC, S is a Laplace operator.
As described above, by using the bandpass filter, the relative speed ΔV is calculated by performing a simple differential calculation from the amount of change per unit time of the inter-vehicle distance L, and is under tracking control. It is possible to avoid the fact that the vehicle behavior is likely to be affected, such as the occurrence of wobbling. The cutoff frequency f in the equation (1)CIs determined by the magnitude of the noise component included in the inter-vehicle distance L and the allowable value of acceleration fluctuations before and after the vehicle body in a short cycle. Further, in calculating the relative speed ΔV, instead of using the band-pass filter, the differential process may be performed by a high-pass filter that performs a high-pass filter process on the inter-vehicle distance L.
[0021]
Further, the target inter-vehicle distance setting unit 42 calculates the preceding vehicle speed Vt (= Vs + ΔV) calculated by adding the relative speed ΔV to the own vehicle speed Vs and the rear vehicle L of the current preceding vehicle.0Time T to reach the position [m]0The target inter-vehicle distance L between the preceding vehicle and the vehicle according to the following equation (2)*Is calculated.
L*= Vt × T0+ LS  ………… (2)
By adopting this concept of inter-vehicle time, the inter-vehicle distance is set to increase as the vehicle speed increases. LSIs the distance between vehicles when stopped.
[0022]
Further, the inter-vehicle distance control calculation unit 43 is configured to calculate the inter-vehicle distance L and the target inter-vehicle distance L.*And the relative speed ΔV, the inter-vehicle distance L is set to the target value L*Target vehicle speed V to keep following*Is calculated. Specifically, as shown in the following equation (3), the target inter-vehicle distance L*And the deviation (L*-L) by a configuration including a linear combination of a value obtained by multiplying the distance control gain fd by a value obtained by multiplying the relative speed ΔV by the speed control gain fv.*And the target relative speed ΔV from the preceding vehicle speed Vt (= Vs + ΔV) as shown in the following equation (4):*Decrease the target vehicle speed V*Is calculated.
[0023]
ΔV*= Fd (L*-L) + fv · ΔV (3)
V*= Vt-ΔV*                      ………… (4)
Here, the distance control gain fd and the speed control gain fv are set as follows.
As shown in FIG. 3, the inter-vehicle distance control 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). Design the control system using.
[0024]
At this time, state variables x1 and x2 of the system are defined by the following equations (5) and (6).
x1 = Vt−Vs (5)
x2 = L*-L (6)
Further, the control input, that is, the output of the tracking control controller 5 is set to ΔV.*And defined by the following equation (7).
[0025]
ΔV*= Vt-V*    ............ (7)
On the other hand, the inter-vehicle distance L is given by the following equation (8).
L = ∫ (Vt−Vs) dt + L0  ............ (8)
Where L0Is the initial value of the inter-vehicle distance L.
In addition, the vehicle speed servo system is, for example, a target vehicle speed V as shown in the following equation (9).*On the other hand, the actual vehicle speed Vs can be approximated by a first-order lag.
[0026]
Vs = V*/ (1 + τVS) ............ (9)
Where τVIs a time constant.
Assuming that the vehicle speed Vt of the preceding vehicle is constant, the following equation (10) is obtained from the equations (5), (7), and (9).
x1 ′ = − x1 / τV+ ΔV*/ ΤV  ………… (10)
Here, x1 ′ represents a differential value of x1.
[0027]
Furthermore, the target inter-vehicle distance L*Is constant, the following equation (11) is obtained from the equations (6) and (8).
x2 ′ = − (Vt−Vs) = − x1 (11)
Here, x2 ′ represents a differential value of x2.
Therefore, the state equation of the system can be described as the following equation (12).
[0028]
[Expression 1]
[0029]
The control input u is given by the following expression (13) using the distance control gain fd and the speed control gain fv.
u = FX F = [fv, fd] (13)
The state equation of the entire system to which the state feedback is applied is expressed as the following equation (14).
[0030]
X ′ = (A + BF) X (14)
Here, X ′ represents a differential value of X.
In the above equation (14),
[0031]
[Expression 2]
[0032]
Then, the characteristic equation of the whole system is derived as the following equation (16).
[0033]
[Equation 3]
[0034]
Based on the transmission characteristics of the vehicle speed servo system described above, the inter-vehicle distance L is set to the target inter-vehicle distance L.*And the vehicle speed control gain fv and the inter-vehicle distance control gain fd are set so that the characteristic for converging the relative speed ΔV to “0” becomes a desired characteristic.
Here, the tracking control system to which the above-described state feedback is applied has a convergence characteristic approximated by a second-order system as expressed by the above equation (16), and the characteristic equation of the second-order lag system is unique.vibrationNumber ωnAnd the damping coefficient ζ, s2+ 2ζωns + ωn 2Therefore, the following equation (17) is obtained from this characteristic equation and equation (16). From this equation (17), the vehicle speed control gain fv and the inter-vehicle control gain fd are obtained by the following equations (18) and (19).
[0035]
[Expression 4]
[0036]
In this follow-up control system, the vehicle speed control gain fv and the distance control gain fd can be obtained by setting poles so as to obtain desired response characteristics.
For example, the time constant τ of the vehicle speed servo systemVIs 0.5 sec, (a) the pole of the slow convergence characteristic is -0.1 (multiple root), and (b) the pole of the fast convergence characteristic is -0.4 (multiple root), the control gains fv and fd are as described above. It becomes as shown in following Table 1 from (18) Formula and (19) Formula.
[0037]
[Table 1]
[0038]
Therefore, it is standard specific based on the relative speed ΔV.vibrationNumber ωLFor calculatingvibrationAs shown in FIG. 4, the number calculation map has the above (a) and (b) poles as the upper and lower limits, and the relative speed ΔV is the reference characteristic on the horizontal axis.vibrationNumber ωLWhen the relative speed ΔV is “0”vibrationNumber ωLBecomes the lower limit value of 0.2 rad / s, and the relative speed ΔV increases in the positive and negative directions to a predetermined value ± ΔV.1(For example, ± 20 km / h)vibrationNumber ωLIncreases linearly and the relative speed ΔV is a predetermined value ± ΔV1When the value is exceeded, the upper limit value is set to 0.4 rad / s.
[0039]
On the other hand, in order to change the response characteristic according to the vehicle speed, a correction coefficient calculation map for calculating the correction coefficient K (v) according to the host vehicle speed is, for example, a low vehicle speed range of 40 km / h or less as shown in FIG. In this case, the correction coefficient K (v) is set to about 2.3, decreases with the increase of the vehicle speed Vs between 40 km / h and 90 km / h, and exceeds 80 km / h, the correction coefficient K (v ) Is “1” or less, and the correction coefficient K (v) is set to maintain about 0.8 at 90 km / h or more.
[0040]
Then, the inter-vehicle distance control calculation unit 43 executes the inter-vehicle distance control calculation process shown in FIG. This inter-vehicle distance control calculation process is executed as a timer interrupt process every predetermined time (for example, 10 msec). First, in step S1, the inter-vehicle distance L, the own vehicle speed Vs, and the relative speed ΔV are read, and then the process proceeds to step S2. Then, it is determined whether or not the preceding vehicle is captured. This determination is performed by determining whether or not the inter-vehicle distance L read in step S1 is equal to or less than a set value Ls (for example, 120 m). If L ≦ Ls, it is determined that a preceding vehicle exists. Then, the process proceeds to step S3.
[0041]
In this step S3, the relative speed ΔV read in step S1 is used as shown in FIG.vibrationReference standard with reference to number calculation mapvibrationNumber ωLThen, the process proceeds to step S4, where the correction coefficient K (v) is calculated with reference to the correction coefficient calculation map of FIG. 5 based on the host vehicle speed Vs read in step S1, and then to step S5. Migrate and standards specificvibrationNumber ωLMultiplied by the correction coefficient K (v)vibrationNumber ωnAfter calculating, the process proceeds to step S6.
[0042]
In this step S6, the uniqueness calculated in step S5vibrationNumber ωnBased on the above, the calculation of the above formulas (18) and (19) is performed to calculate the vehicle speed control gain fv and the inter-vehicle distance control gain fd.
Next, the process proceeds to step S7, where the calculation of the formula (3) is performed and the target relative speed ΔV*Then, the process proceeds to step S8, where the calculation of the equation (4) is performed to obtain the target vehicle speed V*And the calculated target vehicle speed V*Is output to the vehicle speed control unit 50, the timer interrupt process is terminated, and the process returns to the predetermined main program.
[0043]
On the other hand, when the determination result of step S2 is a state where the preceding vehicle cannot be captured, the process proceeds to step S9 and the set vehicle speed V set in advance is set.SETThe target vehicle speed V*And output to the vehicle speed control unit 50, the timer interruption process is terminated, and the process returns to the predetermined main program.
The vehicle speed control unit 50 receives the input target vehicle speed V.*Driving force command value F for making the vehicle speed Vs coincide withORAnd disturbance estimate dV′ Is calculated, and the target braking / driving force F consisting of these deviations*The vehicle speed servo part 51 which calculates is provided.
[0044]
As shown in FIG. 7, the vehicle speed servo unit 51 has a vehicle speed servo system configuration using, for example, a robust model matching control method, and a target vehicle speed V input from the inter-vehicle distance control unit 40.*Based on the braking / driving force command value FORModel matching compensator 51A for calculating the braking / driving force command value F calculated by the model matching compensator 51A.ORDisturbance estimated value d calculated by selfV′ Is subtracted from the target braking / driving force F*And a target braking / driving force F output from the subtractor 51B.*Disturbance estimated value d based on vehicle speed VsV'And a robust compensator 51C for calculating the target braking / driving force F*Is supplied as an operation amount to the control target vehicle. Here, the controlled vehicle is the target braking / driving force F*Is represented by a mathematical model of a transfer function Gv (s) where the vehicle speed Vs is a controlled variable.
[0045]
The model matching compensator 51A is a compensator for matching the response characteristics of the vehicle speed servo system with the reference model, and is a reference model R of the feedforward unit.2The input / output response characteristics are set in (s), and the reference model R of the feedback unit1(s) determines the disturbance removal function and stability, and the target vehicle speed V*Braking / driving force command value FORIs calculated.
[0046]
The robust compensator 51C receives the target braking / driving force F*Is a braking / driving force limiter 51a that limits the maximum driving force and braking force that can actually be generated in the vehicle, a robust filter 51b that performs a filtering process H (s) on the output of the driving force limiter 51a, and the vehicle speed Vs. Is applied to the inverse system of the vehicle model (H (s) / Gv (s)) to obtain a braking / driving force F2 for maintaining the current host vehicle speed Vs; A subtractor 51d for subtracting the braking / driving force F1 output from the low-pass filter 51b from the braking / driving force F2 output from the compensator 51c, and the road surface gradient, modeling error, etc. from the subtractor 51d. Included disturbance estimate dV'Is output.
[0047]
Then, the target braking / driving force F output from the subtractor 51B.*The throttle actuator 3, the automatic transmission T, and the braking device B are controlled based on the above.
Next, the operation of the above embodiment will be described.
Now, it is assumed that the vehicle is following the vehicle while maintaining an appropriate target inter-vehicle distance in a state where the vehicle is in a city area of, for example, 40 km / h or less and a preceding vehicle is captured. In this state, assuming that the preceding vehicle is traveling at a constant speed, the inter-vehicle distance L detected by the inter-vehicle distance sensor 1 is the target inter-vehicle distance L.*Is maintained, the vehicle speed Vs substantially coincides with the vehicle speed Vt of the preceding vehicle, and the relative speed ΔV calculated by the relative speed calculator 41 is substantially zero.
[0048]
In this state, since the preceding vehicle is captured in the inter-vehicle distance control calculation process of FIG. 6 in the inter-vehicle distance control calculation unit 43, the process proceeds from step S2 to step S3, and the characteristic of FIG. 4 is determined based on the relative speed ΔV.vibrationReference standard with reference to number calculation mapvibrationNumber ωLIs calculated. At this time, since the relative speed ΔV is substantially zero,vibrationNumber ωLIs the lower limit of 0.2.
[0049]
Next, the process proceeds to step S4, where the correction coefficient K (v) is calculated based on the own vehicle speed Vs with reference to the correction coefficient calculation map of FIG. At this time, since the vehicle is following the urban area at 40 km / h or less, the correction coefficient K (v) is 2.3, and the natural frequency ω calculated in step S5 is obtained.nIs 0.46, and the reference natural frequency ω in the region where the relative speed ΔV is large isLA value close to. For this reason, the vehicle speed control gain fv calculated in step S6 is set to 0.54, and the inter-vehicle distance control gain fd is set to 0.106. Here, the vehicle speed control gain fv is the natural frequency ω in Table 1 described above.nIs close to the upper limit value, but the inter-vehicle distance gain fd is the natural frequency ω in Table 1.nIt becomes a larger value than the case where is the upper limit.
[0050]
Next, the process proceeds to step S7, where the calculation of the equation (3) is performed, and the target relative speed ΔV*The inter-vehicle distance L is calculated as the target inter-vehicle distance L*And the relative speed ΔV is also substantially “0”, so that the target relative speed ΔV*Is also substantially “0”. Next, the process proceeds to step S8, where the calculation of the equation (4) is performed and the target vehicle speed V*Is calculated, but the target relative speed ΔV*Is substantially “0”, so that the host vehicle speed Vs remains the target vehicle speed V*This is output to the vehicle speed control unit 50, and the current vehicle speed Vs is maintained in the vehicle speed control unit 50.
[0051]
If the preceding vehicle suddenly decelerates or there is an interruption from the other lane and the inter-vehicle distance L decreases sharply from the following traveling state at the constant speed, the relative speed ΔV increases in the negative direction. Calculated reference natural frequency ωLIs a value greater than 0.2, so the natural frequency ω calculated in step S5nBecomes a larger value, the vehicle speed control gain fv calculated in step S6 decreases, the inter-vehicle distance control gain fd increases, and the inter-vehicle distance L and the target inter-vehicle distance L*Therefore, the target relative speed ΔV calculated in step S7 increases in the positive direction, and the target vehicle speed V calculated in step S8 is increased.*Decreases rapidly, and this is output to the vehicle speed control unit 50, whereby the target braking / driving force F calculated by the vehicle speed control unit 50 is obtained.*Becomes a large negative value, the throttle valve is controlled to be fully closed by the throttle actuator 2, and the braking device B is operated to generate a large braking force, thereby decelerating the host vehicle with high responsiveness. L is the target inter-vehicle distance L*To converge quickly.
[0052]
Similarly, when the preceding vehicle accelerates or the host vehicle leaves the other lane and the distance L between the preceding vehicle increases, the reference natural frequency ωLIncreases and the natural frequency ωnIncreases, and the vehicle speed control gain fv and the inter-vehicle distance control gain fd also have the same values as during deceleration, so the target relative speed ΔV calculated in step S7*Increases in the negative direction, and the target speed V calculated in step S8 according to this increases*Increases, the host vehicle is accelerated with high responsiveness, and the inter-vehicle distance L is set to the target inter-vehicle distance L.*To converge quickly.
[0053]
On the other hand, when the vehicle is traveling at a high speed on the highway and the preceding vehicle is not captured, in the inter-vehicle distance control calculation process of FIG. Set vehicle speed VSETIs the target vehicle speed V*And this is output to the vehicle speed control unit 50, whereby the target vehicle speed V*The throttle actuator 2 is controlled so that the vehicle speed Vs matches the vehicle speed Vs.
[0054]
Further, in the state where the vehicle travels at a high speed on the highway, captures the preceding vehicle, maintains the target inter-vehicle distance, and follows the vehicle, the reference natural frequency ω calculated in step S3 in FIG.LSince the relative speed ΔV is substantially zero, the lower limit value is 0.2 as in the above-described urban driving, but the correction coefficient K (v) calculated in step S4 is, for example, 80 km / h or more. If it is, the natural frequency ω calculated in step S5 is “1” or less.nIs the natural frequency ω in Table 1 described above.nIs substantially equal to the case where the vehicle speed is at the lower limit, the vehicle speed control gain fv calculated in step S6 is slightly larger than when traveling in an urban area, and the inter-vehicle distance control gain fd is significantly smaller than when traveling in an urban area.
[0055]
Also in this case, the target inter-vehicle distance L*When the vehicle travels at a constant speed while maintaining the vehicle speed Vs as the target vehicle speed V as in the above-described urban travel.*Is maintained as a follow-up running condition at constant speed, but by the deceleration (or speed increase) of the preceding vehicle or the interruption of the vehicle from the other lane (or the departure from the other vehicle to the other lane) When the inter-vehicle distance L decreases (or increases), the relative speed ΔV increases in the negative (or positive) direction, and the reference natural frequency ω accordingly.LIncreases from 0.2, but the correction coefficient K (v) maintains a value in the vicinity of “1”, so the natural frequency ωnIs maintained at a small value, the vehicle speed control gain fv becomes slightly larger than that during urban driving as described above, and the inter-vehicle distance control gain fd becomes significantly smaller than that during urban driving.
[0056]
Therefore, the target relative speed ΔV calculated in step S7.*Is smaller than that when driving in the city, and the target vehicle speed V calculated in step S8 is*The amount of change with respect to the previous value becomes a small value, which is output to the vehicle speed control unit 50, so that the host vehicle speed Vs decreases (or increases) relatively slowly, and the inter-vehicle distance L becomes the target inter-vehicle distance L with low responsiveness.*To converge.
[0057]
Further, when the vehicle travels at an intermediate speed between the urban area and the expressway, a correction coefficient K (v) corresponding to this is set, so that the optimum vehicle speed control gain fv and inter-vehicle distance control gain corresponding to the travel speed are set. fd is set.
Thus, according to the above embodiment, the reference natural frequency ω is obtained in the region where the relative speed ΔV is small.LIs set to a small value and in the region where the relative speed ΔV is large, the reference natural frequency ωLIs set to a large value, the relative speed ΔV is small and the target inter-vehicle distance L*In the steady state in which the vehicle is following the vehicle while maintaining the vehicle speed, the speed control gain fv is large, but the inter-vehicle distance control gain fd is set to be significantly small, so that the low response to the inter-vehicle distance change with the preceding vehicle In contrast, in a transient state where the preceding vehicle suddenly accelerates and decelerates and the relative speed ΔV is large, the speed control gain fv slightly decreases, but the inter-vehicle distance control gain fd increases and the inter-vehicle distance L with high responsiveness. The target inter-vehicle distance L*It is possible to converge quickly and to detect the transient state such as steady state and interruption without giving the driver a sense of incongruity, and to perform optimal follow-up control without judging these states. it can.
[0058]
In addition, the correction coefficient K (v) is set to a value larger than “1” in the low vehicle speed range and set to a value smaller than “1” in the high vehicle speed range, so that the vehicle travels at a relatively low vehicle speed. When the vehicle distance control gain fd is set to a large value, the vehicle distance L is set to the target vehicle distance L with high responsiveness.*It is possible to adjust to the tendency that the driver's sensitivity to the inter-vehicle distance when driving in the city is high, and conversely, in the high-speed area, the traffic flow is such that the speed change of the highway etc. does not occur so much. By setting the distance control gain fd to a small value, the response of the inter-vehicle distance can be reduced to match the driver's feeling of slowly adjusting the inter-vehicle distance, and it is optimal without giving the driver a sense of incongruity at any vehicle speed range. Follow-up running control can be performed.
[0059]
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 4, the natural frequency calculation map linearly corresponds to the reference inherent characteristic according to the change in the relative speed between the relative speed ΔV of 0 km / h and ± 20 km / h. Frequency ωLHowever, the present invention is not limited to this, and the reference natural frequency ω is not limited to this.LMay be increased or decreased in steps of a plurality of steps according to the change in relative speed, and the correction coefficient calculation map is not limited to the case shown in FIG. 5, but the correction coefficient K (v) is set between the low speed range and the high speed range. Thus, the number of steps may be increased or decreased according to the change in the host vehicle speed Vs.
[0060]
In the above embodiment, the reference natural frequency ωLThe correction coefficient K (v) is calculated with reference to the map. However, the present invention is not limited to this, and the correction coefficient K (v) is calculated based on the equations corresponding to the characteristic lines in FIGS. Also good.
Furthermore, although the case where the inter-vehicle distance control calculation unit 43 executes the inter-vehicle distance control calculation process of FIG. 6 has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and a function generator, a comparator, and an arithmetic unit Hardware composed of an electronic circuit configured by combining these may be applied, or the entire follow-up control controller 5 may be configured by hardware.
[0061]
Furthermore, in the above embodiment, the reference natural frequency ωLIs multiplied by the correction coefficient K (v) and the natural frequency ωnHas been explained, but the reference natural frequency ωLThe natural frequency ω by adding and subtracting the correction coefficient K (v) tonFurther, the natural frequency ω may be calculated with the horizontal axis representing the relative speed ΔV obtained by combining FIGS.nIs formed on the vertical axis, and a control map with the vehicle speed Vs as a parameter is formed, and the natural frequency ω is calculated from the relative speed ΔV and the vehicle speed Vs.nMay be calculated.
[0062]
Furthermore, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to the rear wheel drive vehicle has been described. However, the present invention can also be applied to the front wheel drive vehicle, and the case where the engine 2 is applied as a rotational drive source. Although explained, it is not limited to this, An electric motor can also be applied, Furthermore, this invention is applicable also to the hybrid vehicle which uses an engine and an electric motor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration of the follow-up control controller in FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram showing a specific example of an inter-vehicle distance control unit in FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a natural frequency calculation map representing the relationship between the relative speed of the inter-vehicle distance control calculation unit and the reference natural frequency.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a correction coefficient calculation map representing the relationship between the own vehicle speed and the correction coefficient of the inter-vehicle distance control calculation unit.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of an inter-vehicle distance control calculation process in an inter-vehicle distance control calculation unit.
FIG. 7 is a block diagram showing a specific example of a vehicle speed control unit.
[Explanation of symbols]
E engine
T automatic transmission
B Braking device
1 Inter-vehicle distance sensor
2 Vehicle speed sensor
3 Throttle actuator
5 Controller for tracking control
40 Inter-vehicle distance controller
41 Relative speed calculator
42 Target inter-vehicle distance setting section
43 Inter-vehicle distance control calculation unit
50 Vehicle speed control unit
51 Vehicle speed servo section

Claims (4)

  1. 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、先行車との相対速度を検出する相対速度検出手段と、前記車間距離検出手段で検出した車間距離検出値を目標車間距離に一致させるために当該車間距離検出値、目標車間距離及び前記相対速度に基づいて目標車速を演算する車間距離制御手段と、前記自車速検出手段で検出した自車速検出値を前記目標車速に一致させるための目標駆動力を演算し、該目標駆動力に基づいて車両の制駆動力を制御する車速制御手段と、前記車間距離制御手段における前記目標車速を演算するための制御ゲインを少なくとも車速サーボ系の伝達特性及び追従制御系の固有振動数に基づき設定すると共に、該固有振動数を前記相対速度検出手段で検出した相対速度に応じて算出するゲイン設定手段とを備えていることを特徴とする先行車追従制御装置。An inter-vehicle distance detecting means for detecting an inter-vehicle distance from a preceding vehicle, an own vehicle speed detecting means for detecting an own vehicle speed, a relative speed detecting means for detecting a relative speed with respect to a preceding vehicle, and an inter-vehicle distance detected by the inter-vehicle distance detecting means An inter-vehicle distance control means for calculating a target vehicle speed based on the inter-vehicle distance detection value, the target inter-vehicle distance and the relative speed in order to make the distance detection value coincide with the target inter-vehicle distance, and an own vehicle speed detection detected by the own vehicle speed detection means Calculating a target driving force for making the value coincide with the target vehicle speed, and calculating the target vehicle speed in the vehicle speed control means for controlling the braking / driving force of the vehicle based on the target driving force, and the inter-vehicle distance control means and sets on the basis of the natural frequency of the transmission characteristics and follow-up control system of the control gain at least a vehicle speed servo system, in accordance with the relative speed of the said intrinsic vibration frequency detected by said relative speed detecting means Preceding vehicle following control apparatus characterized by and a gain setting means for output.
  2. 前記車間距離制御手段は、目標車間距離から車間距離検出値を減算した車間距離偏差に車間制御ゲインfdを乗算した値と、相対速度に車速制御ゲインfvを乗算した値とを加算して算出する目標相対速度を先行車車速から減算して目標車速を算出するように構成され、前記ゲイン設定手段は、相対速度の絶対値が小さいときに小、大きいときに大となる基準固有振動数が設定され、該基準周波数に補正係数を乗じて前記追従制御系の固有振動数を算出し、少なくとも算出した固有振動数及び前記サーボ系の伝達特性に基づいて車間制御ゲインfd及び速度制御ゲインfvを算出するように構成され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。The inter-vehicle distance control means calculates by adding a value obtained by subtracting the inter-vehicle distance detection value from the target inter-vehicle distance and the inter-vehicle control gain fd and a value obtained by multiplying the relative speed by the vehicle speed control gain fv. The target vehicle speed is calculated by subtracting the target relative speed from the preceding vehicle speed, and the gain setting means sets a reference natural frequency that is small when the absolute value of the relative speed is small and large when the absolute value is large. The natural frequency of the tracking control system is calculated by multiplying the reference frequency by a correction coefficient, and the inter-vehicle control gain fd and the speed control gain fv are calculated based on at least the calculated natural frequency and the transfer characteristic of the servo system. The preceding vehicle follow-up control device according to claim 1, wherein the preceding vehicle follow-up control device is configured to do so.
  3. 前記補正係数は自車速の増加に応じて小さい値となるように変更されることを特徴とする請求項2記載の先行車追従制御装置。The preceding vehicle follow-up control device according to claim 2 , wherein the correction coefficient is changed to be a small value in accordance with an increase in the host vehicle speed .
  4. 前記補正係数は、自車速が低い低速領域で“1”より大きな値となり、高速領域で“1”以下の値となるように設定されていることを特徴とする請求項3に記載の先行車追従制御装置。  The preceding vehicle according to claim 3, wherein the correction coefficient is set to a value larger than "1" in a low speed region where the host vehicle speed is low and to a value equal to or less than "1" in a high speed region. Tracking control device.
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