JP4244200B2 - 追従走行制御方法及び追従走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、追従走行制御方法及び追従走行制御装置に関し、詳しくは、自車の発進時のスロットル開度の制御に関するものである。

従来、車両の追従走行制御においては、レーザーレーダ等からなる車間距離センサにより自車（後続車）と先行車との車間距離及び先行車の相対速度を検出し、その検出車間距離が目標車間距離を保つように、自車のスロットルバルブのスロットル開度を制御し、発進時を含む走行中の自車の加速度を制御して車間距離を制御している。

そして、前記のスロットル開度の制御においては、従来は、検出車間距離と目標車間距離との偏差及び先行車の相対速度に基づくフィードバック、フィードフォワード制御等により、自車の目標加速度を指令加速度として生成し、自車の加速度が指令加速度になるように、加速度制御でスロットル開度を制御する（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−１３７６５１号公報（段落［０００１］−［０００３］、［００３２］−［００４０］、図１、図２）

前記従来のように目標加速度の設定に基く加速度制御によってスロットル開度を制御する場合、とくに先行車の加速が大きい状態での自車の発進時、車間距離の前記の偏差及び相対速度が過大に検出され易いことから、指令加速度が大きめに生成されてスロットル開度が最適開度より大きくなり易く、その結果、ドライバが予想する加速度より大きな加速度で発進し、ドライバに違和感を与える。

そして、指令加速度が大きめに生成されないようにするため、指令加速度の上限値を設定することが考えられるが、この場合、図５に示すように、時刻ｔｓの追従走行の発進操作に基づき、指令加速度αが同図の特性線ｉの特性で上限値αlmtに増大すると、指令スロットル開度、自車速は、同図の特性線ｉｉ、ｉｉｉの特性それぞれで変化し、指令加速度αが上限値αlmtに保たれていても、時々刻々の自車速において、上限値αlmtの加速度が得られるようにするため、指令スロットル開度は自車速の増大に伴って大きくなる。

そのため、指令加速度の上限値を設定しても、発進時の自車の加速度が自車速の増大に伴って過大になり、ドライバに違和感を与える。

すなわち、従来の追従走行制御の場合、自車の発進時のスロットル開度の特性が、ドライバのアクセルペダル操作で発進する場合の最適特性から大きくずれ、発進加速がドライバに違和感を与えるものとなる問題がある。

本発明は、ドライバに違和感を与えない追従走行の発進加速を実現することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の追従走行制御方法は、自車の追従走行の発進操作により、先行車の相対速度の検出に基いて自車の指令スロットル開度の前記相対速度に比例した初期目標値及び変化率を算出し、前記指令スロットル開度を、設定された上限値以下の範囲において、前記変化率の勾配の特性であって前記発進操作のスロットル開度変化特性に近似した台形状の特性で前記初期目標値に増大可変し、自車が動き出した後、自車と先行車との検出車間距離の追従走行の目標車間距離からの偏差、前記相対速度に基き、前記検出車間距離が前記目標車間距離になるように、前記指令スロットル開度を前記上限値以下の範囲で更新し、前記指令スロットル開度を前記上限値以下の開度に制限して自車を発進することを特徴としている（請求項１）。

また、本発明の追従走行制御方法は、自車が動き出した後の指令スロットル開度の更新により、相対速度の変化率が０より大きい設定したしきい値を超えるときの前記指令スロットル開度を前記相対速度に比例した開度に更新し、前記相対速度が０以下になるときの前記指令スロットル開度を直前の開度に検出車間距離と目標車間距離との差の変化に比例した車間距離変化比例量を加算した開度に更新することを特徴とし（請求項２）、指令スロットル開度の上限値が、ドライバの加速要求のスイッチ操作により操作設定されることも特徴としている（請求項３）。

つぎに、本発明の追従走行制御装置は、自車と先行車との車間距離及び先行車の相対速度を検出する車間距離センサと、自車速を検出する車速センサと、指令スロットル開度に基づいて動作するスロットルアクチュエータと、自車の追従走行の発進操作の信号入力により、前記指令スロットル開度の前記相対速度に比例した初期目標値及び変化率を算出し、前記指令スロットル開度を、上限開度制限手段の制限により設定される上限値以下の範囲において、前記変化率の勾配の特性であって前記発進操作のスロットル開度変化特性に近似した台形状の特性で前記初期目標値に増大可変する初期スロットル制御手段と、前記自車速から自車が動き出したことを検出した後、前記検出車間距離の追従走行の目標車間距離からの偏差、前記相対速度に基く自車の加速度制御にしたがって前記指令スロットル開度を前記上限値以下の範囲で更新する始動後スロットル制御手段とを備えたことを特徴としている（請求項４）。

また、本発明の追従走行制御装置は、始動後スロットル制御手段の指令スロットル開度の更新により、相対速度の変化率が０より大きい設定したしきい値を超えるときの前記指令スロットル開度を前記相対速度に比例した開度に更新し、前記相対速度が０以下になるときの前記指令スロットル開度を直前の開度に検出車間距離と目標車間距離との差の変化に比例した車間距離変化比例量を加算した開度に更新することを特徴とし（請求項５）、指令スロットル開度の上限値をドライバがスイッチ操作で設定する加速要求操作の専用スイッチを備えたことも特徴としている（請求項６）。

まず、請求項１、４の構成によれば、自車の追従走行の発進操作が発生すると、最初に、自車のスロットル開度が、設定された上限値以下の範囲において、そのときの先行車の相対速度に比例した変化率であって前記発進操作のスロットル開度変化特性に近似した台形状の特性で、その相対速度に比例して設定された初期目標値に急峻に増大するように制御され、このスロットル開度の初期制御によって自車が動き出すと、検出車間距離が目標車間距離になるように、指令スロットル開度が、設定された上限値以下の範囲で更新されて自車が発進する。

この場合、従来のように目標加速度の設定に基く加速度制御によってスロットル開度が加速度を介して間接的に制御されるのでなく、指令スロットル開度の設定、更新に基づいてスロットル開度が直接制御され、最初は、ドライバがアクセルペダルを最初に踏み込むときのように、先行車の相対車速が大きい程、スロットル開度が、設定された上限値以下の範囲において、先行車の相対速度に比例した変化率で急峻に増大変化する。その後自車が動き出すと、スロットル開度は、自車速が大きくなっても上限値を超えない開度の範囲で、ドライバのアクセルペダルを操作した場合と同様に、先行車との車間距離が目標車間距離になるように制御される。そのため、発進加速時、自車速が大きくなってもスロットル開度が過大にならず、ドライバがアクセルペダルを操作して発進する場合の開度特性に近似した最適特性でスロットル開度が変化し、ドライバに違和感を与えない追従走行の発進加速を実現することができる。

また、請求項２、５の構成によれば、自車が動き出した後の検出車間距離及び相対速度に基く指令スロットル開度の更新の具体的な構成を提供することができる。

さらに、請求項３、６の構成によれば、指令スロットル開度の上限値を、ドライバの好みの加速状態の値にスイッチ操作で設定することができ、追従走行制御の発進加速の一層の向上を図ることができる。

つぎに、本発明をより詳細に説明するため、その一実施形態について、図１〜図４にしたがって詳述する。

図１は自車１に設けられた装置のブロック図、図２は図１の動作説明用のフローチャート、図３は図２の一部の詳細なフローチャート、図４は図１の動作説明用の波形図である。

（構成）
図１に示す車両１の追従走行制御装置２は、レーザレーダ等の車間距離センサ３、車輪速センサ等の車速センサ４等の各種センサ、発信操作スイッチ５、加速要求操作の専用スイッチ６等の各種スイッチと、各種センサの信号及び各種スイッチの信号が入力されるマイクロコンピュータ構成のＥＣＵ７と、スロットル制御部８、スロットルアクチュエータ９、ブレーキ制御部１０、ブレーキアクチュエータ１１とを備える。

そして、車間距離センサ３は、自車１と前方の先行車との車間距離及びその時間変化から求まる先行車の相対車速を検出し、時々刻々の検出した車間距離（検出車間距離）、相対車速の信号をＥＣＵ７に出力し、車速センサ４は自車速を検出して時々刻々の自車速の信号をＥＣＵ７に出力する。

また、発進操作スイッチ５は、追従走行の発進時にドライバによって操作され、発進指令の信号をＥＣＵ７に出力し、専用スイッチ６は発進前後の加速状態（加速感覚）の設定又は変更に基き、ドライバによって操作され、選択された加速状態度の設定信号をＥＣＵ７に出力する。

つぎに、ＥＣＵ７は車間距離制御部を形成し、スロットル制御、ブレーキ制御によって発進制御を含む追従走行の制御を行って、追従走行中の検出車間距離を目標車間距離に維持する。

そのため、ＥＣＵ７は予め設定された図２、図３のスロットル制御のプログラムを実行し、スロットル制御のつぎの（ａ）〜（ｃ）の各手段を備える。

（ａ）初期スロットル制御手段
この手段は、自車１の追従走行の発進操作に基くスイッチ５の信号入力により、車間距離センサ３の相対速度に比例した指令スロットル開度の初期目標値及び変化率を算出し、指令スロットル開度を前記変化率の勾配で前記初期目標値に増大可変する。

（ｂ）始動後スロットル制御手段
この手段は、車速センサ４の自車速から自車１が動き出したことを検出すると、その後、検出車間距離の追従走行の目標車間距離からの偏差、相対速度に基く自車１の加速度制御にしたがって指令スロットル開度を更新する。

具体的には、先行車の相対速度の変化率が０より大きい設定したしきい値を超えるとき、すなわち、先行車が一定化速度以上の加速度で加速し続けるようなときに、指令スロットル開度を相対速度に比例した開度に更新し、先行車の相対速度が０以下になるとき、すなわち、自車速が先行車の速度以上になるときに、指令スロットル開度を直前の開度に検出車間距離と目標車間距離との差の変化に比例した車間距離変化量をベクトル加算した開度に更新する。

（ｃ）上限開度制限手段
この手段は、車速センサ４の自車速から自車１が動き出したことを検出すると、その後の指令スロットル開度を専用スイッチ６の操作によって設定された上限値以下の開度に制限する。

つぎに、スロットル制御部８は、ＥＣＵ７からの指令スロットル開度にしたがってスロットルアクチュエータ９を動作制御し、自車１のスロットルバルブのスロットル開度を指令スロットル開度に制御する。

また、ブレーキ制御部１０は、ＥＣＵ７からの指令加減速度にしたがってブレーキアクチュエータ１１を動作制御し、ＥＣＵ７のブレーキ制御に即して自車１のブレーキ圧を制御する。

（動作）
つぎに、上記のように構成された追従走行制御装置２につき、図２、図３を参照して、自車１の追従走行の発進時の動作を説明する。

例えば、先行車の発進に伴ってドライバが発進操作スイッチ５を操作し、このスイッチ５の発進操作の信号がＥＣＵ７に入力されると、ＥＣＵ７が自車１の追従走行の発進操作を検知し、図２のステップＳ１からステップＳ２に移行して初期スロットル制御手段が動作する。

そして、車間距離センサ３の相対速度をＶｒ、指令スロットル開度をθｃとし、指令スロットル開度θｃの初期目標値及び変化率をθｉｎｉ、ｄｉｖθｉｎｉとすると、相対速度Ｖｒに比例した初期目標値θｉｎｉ及び変化率ｄｉｖθｉｎｉを、発進操作を検知したときの相対速度Ｖｒに基き、θｉｎｉ＝Ｋｉｎｉ×Ｖｒ、ｄｉｖθｉｎｉ＝Ｋｒｉｎｉ×Ｖｒの演算から算出する。なお、Ｋｉｎｉ、Ｋｒｉｎｉは予め設定された定数であり、シミュレーション、実車実験等に基いて設定される。

つぎに、ステップＳ３に移行してステップＳ３、Ｓ４のループ制御を実行し、このとき、時刻ｋ、ｋ＋１の指令スロットル開度θｃをθｃ［ｋ］、θｃ［ｋ＋１］とすると、θｃ［ｋ］＜θｉｎｉであれば、指令スロットル開度θｃを、θｃ［ｋ＋１］＝θｃ［ｋ］＋ｄｉｖθｉｎｉの演算に基いて、変化率ｄｉｖθｉｎｉの勾配で初期目標値θｉｎｉに増大可変する。

なお、前記の増大可変によってθｃ［ｋ］≧θｉｎｉになると、θｃ［ｋ＋１］＝θｉｎｉの演算により、指令スロットル開度θｃを初期目標値θｉｎｉに保つ。

そして、指令スロットル開度θｃに基くスロットルアクチュエータ９の動作制御により、自車１のスロットルバルブのスロットル開度（以下、実スロットル開度という）が指令スロットル開度θｃの増大変化に即して大きくなり、このとき、実スロットル開度は、相対速度Ｖｒが大きい程、大きな変化率ｄｉｖθｉｎｉで、大きな初期目標値θｉｎｉの開度に制御されるため、ドライバのペダル操作によって変化する特性に極めて近い制御特性で初期目標値θｉｎｉの開度に増大変化する。

つぎに、この実スロットル開度の増大変化に基き、自車１が動き出すと、車速センサ４の自車速が０から正方向に変化し、この変化に基いて、ＥＣＵ７が自車１の始動（動き出し）を検知し、図２のステップＳ５を介してステップＳ６に移行し、初期スロットル制御手段に代わって始動後スロットル制御手段が動作する。

そして、ステップＳ６は、図３のステップＳ６１〜６４からなり、まず、ステップＳ６１により、相対速度Ｖｒの変化率ｄｉｖＶｒが予め設定された更新開始基準のしきい値Ａ、（Ａ＞０）を超えたか否かを判別し、先行車が加速状態にある等して、ｄｉｖＶｒ＞Ａになると、ステップ６２に移行し、指令スロットル開度θｃの更新値を、θｃ［ｋ＋１］＝Ｋｉｎｉ×Ｖｒ［ｋ］の演算により算出する。なお、Ｖｒ［ｋ］は時刻ｋの相対車速Ｖｒであり、θｃ［ｋ＋１］は時刻ｋ＋１の算出された指令スロットル開度θｃである。

また、ステップＳ６１において、ｄｉｖＶｒ≦Ａであれば、ステップＳ６３により、先行車の相対速度ＶｒがＶｒ≦０か否かを判別し、自車１の加速等によってＶｒ≦０になるときは、ステップＳ６１からステップＳ６３を介してステップＳ６４に移行し、指令スロットル開度θｃの更新値を、θｃ［ｋ＋１］＝θｃ［ｋ］＋Ｋｄ×（Ｄｅｒｒ［ｋ］−Ｄｅｒｒ［ｋ−１］）の演算により算出する。

なお、Ｋｄは予め設定された定数であり、シミュレーション、実車実験等に基いて設定される。また、検出車間距離、ＥＣＵ７に予め設定された目標車間距離をＤ、Ｄｒとすると、前記のＤｅｒｒ［ｋ］、Ｄｅｒｒ［ｋ−１］は時刻ｋ、ｋ−１の検出車間距離Ｄと目標車間距離Ｄｒとの差であり、Ｋｄ×（Ｄｅｒｒ［ｋ］−Ｄｅｒｒ［ｋ−１］）は検出車間距離Ｄと目標車間距離Ｄｒとの差の変化に比例した車間距離変化量である。

そのため、自車速が先行車の速度以上に増大してＶｒ≦０になるときは、指令スロットル開度θｃの更新値を、直前の開度θｃ［ｋ］に、検出車間距離Ｄと目標車間距離Ｄｒとの差の変化に比例した車間距離変化量を加算して算出し、車間距離制御の指令スロットル開度にする。

また、ｄｉｖＶｒ≦Ａ、かつ、Ｖｒ＞０になるときは、そのままの加速状態を維持するため、指令スロットル開度θｃの更新値を直前の開度θｃ［ｋ］とする。

そして、図２のステップ６の算出後、ステップＳ７に移行し、上限開度制限手段の動作により、算出した指令スロットル開度θｃの更新値（開度）がドライバの専用スイッチ６の操作によって設定された上限値の開度θlmt以上か否かを判別し、算出された更新値が上限値の開度θlmtより小さければ、ステップＳ８により、指令スロットル開度θｃを算出された更新値の開度に更新し、算出された更新値が上限値の開度θlmt以上であれば、ステップＳ９により、指令スロットル開度θｃを上限値の開度θlmtに更新し、その後の指令スロットル開度θｃを設定された上限値以下の開度に制限する。

なお、ＥＣＵ７は専用スイッチ６の加速状態度の設定信号に基き、例えば、予め記憶した各加速状態の上限値の開度から、対応する上限値の開度θlmtを読み出して上限開度制限手段に設定し、新たな加速状態度の設定信号が入力されると、上限値の開度θlmtをただちに変更する。

したがって、自車１が始動すると、相対速度Ｖｒの変化と検出車間距離Ｄとに基き、検出車間距離Ｄが目標車間距離Ｄｒになるように、指令スロットル開度θｃがドライバの加速要求に基く上限値の開度θlmt以下の範囲で可変され、この可変基く実スロットル開度の変化によって加速度が制御されて自車１が発進し、走行する。

この場合、図４に示すように、時刻ｔ０に先行車が発進してその速度（車速）が実線Ｉに示すように変化し、先行車に追従するように、時刻ｔ１に自車１の発進操作が行なわれると、実線ＩＩに示す指令スロットル開度θｃは、自車１が動き出す時刻ｔ２までは、時刻ｔ１の先行車の相対速度に基く変化率ｄｉｖθｉｎｉで初期目標値θｉｎｉに増大し、自車か動き出すと、検出車間距離Ｄが目標車間距離Ｄｒになるように、上限値の開度θlmt以下の範囲で変化し、ドライバの発進時のペダル操作によるスロットル開度変化特性に極めて近い台形状の特性で変化する。

なお、、自車速は図４の実線ＩＩＩに示すように変化する。また、同図の時刻ｔ３は指令スロットル開度θｃが上限値の開度θlmtになったタイミングである。

そのため、ドライバがアクセルペダルを操作して発進する場合の開度特性に近似した最適特性で実スロットル開度が変化し、ドライバに違和感を与えない追従走行の発進加速を実現することができる。

なお、加速度制御でスロットル開度を制御する従来装置の場合は、ＥＣＵ７からスロットル制御部８に自車１の指令加速度を与え、スロットル制御部１０により、自車速を考慮して指令加速度に対応した指令スロットル開度を算出し、この指令スロットル開度によりスロットルアクチュエータ９を動作制御して自車１のスロットルバルブのスロットル開度を制御する構成であったため、指令スロットル開度θｃの変化特性が、ドライバのペダル操作の特性からずれ、また、指令スロットル開度θｃが上限値の開度θlmtを超えて大きくなり、前記したようにドライバに違和感を与える。

そして、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であり、例えば、前記実施形態では、専用スイッチ６を設けてドライバの加速要求操作によって指令スロットル開度の上限値を可変設定するようにしたが、専用スイッチ６による上限値の可変数（選択数）はどのようであってもよく、また、専用スイッチ６を省き、指令スロットル開度の上限値を固定設定してもよい。

ところで、図１の車間距離センサ３、車速センサ４を、追従走行の他の制御と兼用し、自車１の装備部品数を少なくする場合にも適用できる。

本発明の一実施形態のブロック図である。 図１の動作説明用のフローチャートである。 図２の一部の詳細なフローチャートである。 図１の動作説明用の波形図である。 従来例の動作説明用の波形図である。

符号の説明

１ 自車
３ 車間距離センサ
４ 車速センサ
７ ＥＣＵ
９ スロットルアクチュエータ

Claims (6)

1. 自車の追従走行の発進操作により、先行車の相対速度の検出に基いて自車の指令スロットル開度の前記相対速度に比例した初期目標値及び変化率を算出し、
   前記指令スロットル開度を、設定された上限値以下の範囲において、前記変化率の勾配特性であって前記発進操作のスロットル開度変化特性に近似した台形状の特性で前記初期目標値の開度に増大可変し、
   自車が動き出した後、
   自車と先行車との検出車間距離の追従走行の目標車間距離からの偏差、前記相対速度に基き、前記検出車間距離が前記目標車間距離になるように前記指令スロットル開度を前記上限値以下の範囲で更新し、
   前記指令スロットル開度を前記上限値以下の開度に制限して自車を発進することを特徴とする追従走行制御方法。
2. 自車が動き出した後の指令スロットル開度の更新により、相対速度の変化率が０より大きい設定したしきい値を超えるときの前記指令スロットル開度を前記相対速度に比例した開度に更新し、前記相対速度が０以下になるときの前記指令スロットル開度を直前の開度に検出車間距離と目標車間距離との差の変化に比例した車間距離変化比例量を加算した開度に更新することを特徴とする請求項１記載の追従走行制御方法。
3. 指令スロットル開度の上限値が、ドライバの加速要求のスイッチ操作により操作設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の追従走行制御方法。
4. 自車と先行車との車間距離を検出する車間距離センサと、
   自車速を検出する車速センサと、
   指令スロットル開度に基づいて動作するスロットルアクチュエータと、
   自車の追従走行の発進操作の信号入力により、前記車間距離センサの検出車間距離の変化と前記車速センサの検出自車速とから検出した先行車の相対速度に基いて前記指令スロットル開度の前記相対速度に比例した初期目標値及び変化率を算出し、前記指令スロットル開度を、上限開度制限手段の制限により設定される上限値以下の範囲において、前記変化率の勾配特性であって前記発進操作のスロットル開度変化特性に近似した台形状の特性で前記初期目標値の開度に増大可変する初期スロットル制御手段と、
   前記自車速から自車が動き出したことを検出した後、前記検出車間距離の追従走行の目標車間距離からの偏差、前記相対速度に基く自車の加速度制御にしたがって前記指令スロットル開度を前記上限値以下の範囲で更新する始動後スロットル制御手段とを備えたことを特徴とする追従走行制御装置。
5. 始動後スロットル制御手段の指令スロットル開度の更新により、相対速度の変化率が０より大きい設定されたしきい値を超えるときの前記指令スロットル開度を前記相対速度に比例した開度に更新し、前記相対速度が０以下になるときの前記指令スロットル開度を直前の開度に検出車間距離と目標車間距離との差の変化に比例した車間距離変化比例量を加算した開度に更新することを特徴とする請求項４記載の追従走行制御装置。
6. 指令スロットル開度の上限値をドライバがスイッチ操作で設定する加速要求操作の専用スイッチを備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の追従走行制御装置。

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