JP4277907B2

JP4277907B2 - 自動車の走行制御装置

Info

Publication number: JP4277907B2
Application number: JP2007010941A
Authority: JP
Inventors: 浩司黒田; 寛武長; 智倉垣; 光男萱野; 利通箕輪; 和朗高野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2017-12-01
Also published as: JP2007168788A

Description

本発明は、先行車との関係に基づいて、自車の速度を制御する自動車の走行制御装置に関する。

従来より、運転者の負担の軽減や安全性向上を図るべく、種々の装置が開発されている。例えば、定速走行制御を行う定速走行装置（クルーズコントロールシステム等）が既に実用化され、また、先行車までの距離や相対速度をレーダで計測し、先行車との距離を維持しつつ、もしくは衝突を避けながら車両を走行させる走行制御装置も開発されている。定速走行装置の場合、定速走行モードに入るスイッチを設定後は、設定車速を維持して車両が走行し、ブレーキペダルを踏む等の操作で定速走行モードから解除される。

また一方、先行車との車間距離を維持しながら走行するシステムでは、先行車が存在するときは、車間距離を維持しながら走行し、先行車が存在しないときは、設定車速に基づいて定速走行を行う追従走行装置が知られている。また、先行車を追従走行中に、先行車が捕捉されなくなったときに、捕捉されなくなった時点の車速を目標車速として設定後、所定時間が経過するまでの間に復帰操作が実施された場合は初期の設定車速まで復帰し、復帰操作が実施されない場合は目標車速を新たな設定車速として定速走行する走行制御装置が、特許文献１に開示されている。

特開平８−１９２６６１号公報

しかしながら、先行車がカーブに進入する場合等に先行車をレーダが捕捉していると、先行車がカーブ進入時に減速した場合、車間距離を適当に保つために、カーブのかなり手前から自車も減速を開始するという問題があった。またその逆に、先行車がカーブ出口で加速する場合には、自車はカーブ走行中にも関わらず、加速を開始するという問題があった。

本発明の目的は、先行車に追従走行しながらカーブ路を走行する場合に、道路形状に合った加減速を可能とする、自動車の走行制御装置を提供することにある。

本発明は、複数の先行車との車間距離と相対速度と方向を検出する手段と、自車の車速を検出する手段と、前記自車の速度と前記相対速度から前記先行車速度を演算する手段と、複数の前記先行車が、異なる方向に変化する場合に、前記自車の速度をある所定時間維持するように、スロットル，トランスミッション，ブレーキの少なくとも１つを用いて自車速度を制御する手段と、を備えた自動車の走行制御装置である。

以下に本発明の実施例を図１から図１５を用いて説明する。

図１は、自動車の走行制御装置のシステム構成の一実施例を示す図である。走行制御装置には、走行制御を司る主制御装置２０が設けられている。主制御装置２０には、複数の先行車までの車間距離と相対速度と方向が検出可能なレーダ装置１０と、自車速を計測する車速センサ１１と、自車のヨーレイトを計測するヨーレイトセンサ１２と、走行制御の開始・解除指令や、車速一定走行時の目標車速を入力するスイッチ１３が、入力装置として接続されており、また、ナビゲーション装置３０からの情報も入力される。主制御装置２０の内部には、記憶部１６，目標車速・加速度演算部１７，車両制御部１８，表示内容演算部１９の処理部がある。目標車速・加速度演算部１７では、レーダ装置１０で計測した車間距離と相対速度と方向と、車速センサ１１で計測した自車速と、ヨーレイトセンサ１２で計測したヨーレイトと、スイッチ１３の設定状態等から、目標車速と目標加速度を演算する。車両制御部１８では、これらの目標車速と目標加速度から、スロットルコントローラ２１，変速機コントローラ２２，ブレーキコントローラ２３への指令値を演算し各コントローラへ出力する。表示内容演算部１９では、スイッチ１３の設定状態や目標車速・加速度演算部１７と車両制御部の演算結果に基づいて、運転者が走行状態を容易に確認できるよう、表示部２９へ走行制御内容を表示する。スロットルコントローラ２１は、車両制御部１８からの指令値に基づき、スロットル２４の開度を制御する。同様に、車両制御部１８からの指令値に基づき、変速機コントローラ２２は変速機２６を、ブレーキコントローラ２３はブレーキアクチュエータ２７を、それぞれ制御する。

図２は本発明装置の一実施例を示す図である。図３（ａ）は、本発明における距離に対する自車速度と先行車速度の例を示した図であり、図３（ｂ）は従来の車間距離制御装置での自車速度と先行車速度の例を示した図である。図２において、自車１は先行車２に追従走行している。自車１に搭載されているレーダ装置１０で、先行車２までの距離Ｒ１と相対速度Ｒｄ１と方向θ１を計測する。

図３（ｂ）に示す従来の車間距離制御の場合、同一時刻における先行車の速度と自車速度を同じとするよう自車の速度制御を実施するため、時刻ｔ３における先行車と自車の速度はＶ１でほぼ等しくなる。しかし、時刻ｔ３で先行車は地点Ｐ３を走行中であり、自車が地点Ｐ３を走行する時刻ｔ４では、自車速度はＶ４となるため、地点Ｐ３の走行速度で比較すると、先行車と自車の間に（Ｖ３−Ｖ４）の速度差が発生する。

一方、図３（ａ）に示す本発明の例の場合、まず、先行車が地点Ｐ１を、速度Ｖ１で走行する時刻ｔ１において、自車は地点Ｑ１を走行中であり、先行車と自車の車間距離は、地点Ｐ１と地点Ｑ１間の距離に等しくなる。なお、先行車速度は、自車速度と相対速度から求められる。目標車速・加速度演算部１７で、時刻ｔ１における自車速度と先行車速度Ｖ１の差から、自車が地点Ｐ１に到達する時点での自車側が、先行車がＰ１を通過したときの速度Ｖ１となるよう、目標車速と目標加速度を演算する。これら目標車速と目標加速度に基づいて、車両制御部１８は、スロットルコントローラ２１，変速機コントローラ
２２，ブレーキコントローラ２３のアクチュエータコントローラへ指令値を送り、減速させ、自車が地点Ｐ１を走行するときの速度をＶ１とする。同様に、先行車が加速している場合、図３（ａ）に示すように、先行車が地点Ｐ２を時刻ｔ２に速度Ｖ２で走行している時に、自車は地点Ｑ２を走行中である。時刻ｔ２における自車速度と先行車速度Ｖ２との差から、目標車速・加速度演算部１７で目標車速と目標加速度を演算する。これら目標車速と目標加速度に基づいて、車両制御部１８は、スロットルコントローラ２１，変速機コントローラ２２に指令値を送り、自車が地点Ｐ２に到達した時点で、先行車が地点Ｐ２を通過した速度Ｖ２となるよう、加速する。

図４は、主制御装置２０が実行する走行制御のルーチンの一例を示すフローチャートである。スイッチ１３で車速制御走行モードに設定されていることをステップ１００で判定する。ステップ１０１で自車速を計測し、ステップ１１０でレーダ装置１０が先行車を捕捉中であるかを判定する。レーダ装置１０が先行車を捕捉していない場合は、目標とする車速を維持する走行制御をステップ１１１で実行する。先行車をレーダが捕捉している場合、ステップ１０２で先行車までの車間距離・相対速度・方向を計測する。次に、追従走行している先行車の方向が、あるしきい値以上であることをステップ１０３で判定する。先行車方向がしきい値以上の場合、すなわち、先行車が自車正面方向からある角度偏差している場合に、先行車車速をステップ１０４で求め、その先行車位置に自車が到達したときに、自車速度が、検出した先行車速度以下となるよう、目標加速度と目標速度をステップ１０５で求める。また、ステップ１０３で、追従対象の先行車が自車の正面方向にあると判定された場合は、ステップ１０７で、自車速度，車間距離，相対速度の関係から、適当な車間距離（例えば、自車速で２秒進む距離）を実現するための、目標車速と目標加速度を求める。これらの目標速度と目標加速度の値に基づいて、主制御装置２０は、スロットルコントローラ２１，変速機コントローラ２２，ブレーキコントローラ２３へ、目標値を実現するための指令値を出力する。また、図４に示した例の場合、ステップ１０２実行後に先行車方向の変化率を求めておき、ステップ１０３において、追従対象の先行車の方向の変化率がしきい値以上であるかを判断しても同様の走行制御が可能である。

次の走行制御ルーチンの一例につき図５で説明する。ステップ１０５までは図４に示した走行制御のフローと同一である。ステップ１０５で、目標加速度と目標速度を求めた後、ステップ１０２で計測した車間距離、及び、制御実施後に予想される車間距離のどちらかが、あるしきい値以上であることをステップ１０８で判定する。車間距離がしきい値以上で、十分な車間距離が確保されていると判断された場合は、ステップ１０６で、各コントローラへ、目標車速と目標加速度に基づく指令値を出力する。ステップ１０８で、車間距離がしきい値以下と判定されたときは、車間距離がしきい値以上となるように、目標車速と目標加速度の値をステップ１０９で減じて、これらの値をステップ１０６へ引き渡す。ステップ１０６では、目標車速と目標加速度の値に基づいて、各アクチュエータコントローラへ、目標値を実現するための指令値を出力する。

自車のヨーレイトも計測する場合の制御ルーチンの一例を図６で説明する。ステップ
１００で車速制御走行モードであると判断した後、ステップ１２０で自車速とヨーレイトを計測する。図４に示した例と同様に、ステップ１１０でレーダ装置１０が先行車を捕捉中であるかを判定し、レーダ装置１０が先行車を捕捉していない場合は、目標とする車速を維持する走行制御をステップ１１１で実行する。先行車をレーダが捕捉している場合、ステップ１０２で車間距離・相対速度・方向を計測する。次に、自車のヨーレイトがしきい値以上であるかをステップ１２１で判定する。ヨーレイトがしきい値以上、すなわち自車が旋回中であると判断された場合、自車速と相対速度から先行車車速をステップ１０４で求め、ステップ１０５において、自車がステップ１０２で計測した時点の先行車位置に到達したときに自車速度が検出した先行車速度以下となるよう、目標加速度と目標速度をステップ１０５で算出する。次にステップ１２２においては、ステップ１０５で求めた目標速度がヨーレイトから定まる上限速度以下であるかを判定し、上限速度以上である場合は、上限速度以下となるように目標車速と目標加速度をステップ１２３で再設定する。これら目標車速と目標加速度の値に基づいて、ステップ１０６では各アクチュエータコントローラへ目標値を実現するための指令値を出力する。

次に、カーブ走行中に先行車を見失った場合の制御ルーチンの一例を図７，図８，図９を用いて説明する。

図７に示したケースでは、自車１に搭載されているレーダ装置１０で、先行車２までの距離Ｒ１と相対速度Ｒｄ１と方向θ₁ 、が計測でき、図８では、先行車２がレーダの計測範囲外に出ている。なお、これらの図でレーダの計測範囲を点線で示している。

図９に、図７と図８で示した場合の制御フローの一例を示す。車速制御走行モードに設定されていることをステップ１００で判定後、ステップ１２０で自車速とヨーレイトを計測し、先行車をレーダが捕捉しているかをステップ１１０で判定する。捕捉している場合は、ステップ１０２で車間距離・相対速度・方向を計測する。ステップ１３１で先行車の車速を演算し、記憶部１６へ記憶する。次に、自車ヨーレイトがしきい値以上であるかをステップ１２１で判定し、ヨーレイトがしきい値以上、すなわち自車が旋回中であると判断された場合、ステップ１０２で計測した時点での先行車位置に到達したときに自車速度が検出した先行車速度と同一となるよう、ステップ１０５で目標加速度と目標速度を算出する。ステップ１２１で、ヨーレイトがしきい値以下であると判定された場合は、ステップ１０７で、自車速度，車間距離，相対速度の関係から、適当な車間距離（例えば、自車速で２秒進む距離）を実現するための、目標車速と目標加速度を求める。一方、ステップ１１０において、先行車を捕捉していないと判断されたときは、ステップ１３２で、最後に記憶した先行車速度を目標車速に設定し、ヨーレイトがしきい値以上の場合はステップ１２２へ、しきい値以下の場合は、ステップ１０６の処理へ進む。ステップ１２２においては、ステップ１０５やステップ１０７で求めた目標速度が、ヨーレイトから定まる上限速度以下であるかを判定し、上限速度以上である場合は、上限速度以下となるように目標車速と目標加速度をステップ１２３で再設定する。これら目標車速と目標加速度の値に基づいて、ステップ１０６では各アクチュエータコントローラへ目標値を実現するための指令値を出力する。

次に、レーダが複数車両を捕捉した場合の制御ルーチンの一例を図１０〜図１２を用いて説明する。図１０に示したケースでは、自車１に搭載されているレーダ装置１０で、先行車２の車間距離Ｒ１と相対速度Ｒｄ１と方向θ₁ と、別の先行車３の車間距離Ｒ２と相対速度Ｒｄ２と方向θ₂ を計測する。また、図１１に示した例では、先行車２の更に前方にいる先行車４までの車間距離Ｒ３と相対速度Ｒｄ３と方向θ₃ を計測している。

図１２に制御フローの一例を示す。車速制御走行モードであると設定されていることをステップ１００で判定後、ステップ１０１で自車速を計測する。ステップ１１０で、１台以上の先行車をレーダ装置１０で捕捉していることを判定し、１台も先行車を捕捉していない場合は、ステップ１１１で車速維持走行を実施する。ステップ１１０で１台以上の先行車を捕捉している場合、ステップ１４３で先行車が２台以上であるかを判定する。先行車２台以上を捕捉していない場合、ステップ１０２で車間距離・相対速度，方向を計測後ステップ１０７へ進む。ステップ１４３で先行車が２台以上存在すると判定された場合、ステップ１４０で複数の先行車の車間距離・相対速度，方向を計測する。ステップ１４１において、追従している先行車のみならず、複数の先行車の方向が、あるしきい値以上であることを判定する。複数の先行車の方向がしきい値以上の場合、ステップ１４２で追従対象先行車を選択し、その車速を求める。ステップ１０５では、計測した時点の先行車位置に自車が到達したときに、自車速度が、検出した先行車速度以下となるよう、目標加速度と目標速度を求める。また、ステップ１４１で、複数の先行車の方向がしきい値以下であると判定された場合及び、ステップ１４３で先行車が１台と判定された場合は、ステップ１０７で、自車速と、追従対象先行車までの車間距離，相対速度の関係から、適当な車間距離を実現するための、目標車速と目標加速度を求める。これらの目標速度と目標加速度の値に基づいて、主制御装置２０は、スロットルコントローラ２１，変速機コントローラ２２，ブレーキコントローラ２３へ、目標値を実現するための指令値をステップ１０６で出力する。

次に、自車から見た先行車の相対的な速度ベクトルを算出して、自車の速度制御を行う手段について、図１３〜図１５を用いて説明する。

図１３は、先行車の速度ベクトルとヨーレイトを求める方法を図示している。自車１の正面方向をＹ軸とし、レーダ位置でＹ軸と直行する方向をＸ軸とする。レーダで計測した車間距離と方向から、先行車の自車から見た相対的位置座標（ｘ，ｙ）が求められる。これの時間微分をとることで、相対的な速度ベクトルを、車間距離Ｒ，相対速度Ｒｄ，方向θ，方向θの時間微分の関数として求めることができ、また、相対的速度ベクトルの極座標表示として、先行車の速度ベクトルの方向φが求められる。この結果、自車１から見た先行車の相対的ヨーレイトωを、速度ベクトルの成分と、各成分の微分値の関数として求めることができる。先行車の速度ベクトルとヨーレイトを求めて自車の速度制御を行う場合の制御フローの一例を図１４に示す。ステップ１０２までは図９に示した実施例と同じフローである。ステップ１５０で、先行車の相対的な速度ベクトルを演算する。

先行車の速度ベクトルの変化から求められる相対的なヨーレイトと、自車のヨーレイトの和から、先行車のヨーレイトをステップ１５１で演算する。先行車のヨーレイトがあるしきい値以上であるかをステップ１５２で判断し、ヨーレイトがしきい値以上である場合は、ステップ１０５で、先行車位置に自車が到達したときに、自車速度が検出した先行車速度と同一となるよう、目標加速度と目標速度を求める。また、しきい値以下であると判定された場合は、自車速と、追従対象先行車までの車間距離，相対速度の関係から、適当な車間距離を実現するための、目標車速と目標加速度を求める。これらの目標速度と目標加速度の値に基づいて、ステップ１０６で主制御装置２０は、各目標値を実現するための指令値を、各アクチュエータコントローラへ出力する。

次の速度ベクトルを利用する場合の実施例について、図１５を用いて説明する。図１５では、ステップ１５１まで図１３と同じフローで、先行車の速度ベクトルを算出する。ステップ１５３では、ステップ１０２で計測した時点の先行車位置に自車が到達するまで、待つ。計測時点の先行車位置に自車が到達した時点で、自車のヨーレイトをステップ154で計測する。ステップ１５１で算出した先行車のヨーレイトと、ステップ１５４で計測した自車のヨーレイトの差が、あるしきい値以上であるかをステップ１５５で判定する。ステップ１５５でしきい値以上であると判定された場合、先行車の進む方向と、自車の進む方向が異なるため、今までの追従対象先行車に追従することを中止する。ステップ１５５で、先行車のヨーレイトと自車のヨーレイトの差がしきい値以下であると判定された場合は、ステップ１６０で、自車速，車間距離，相対速度，方向，ヨーレイト等の情報から、目標車速と目標車間距離をステップ１６０で求め、これら目標値に基づき、各アクチュエータへの指令値をステップ１０６で出力する。

次にナビゲーション装置からの道路情報を利用する場合の実施例について、図１６に示す。ステップ１０４までは図４に示した例と同じである。ステップ１６０で、主制御装置２０はナビゲーション装置３０から、現在位置における道路情報を入力する。この道路情報から、自車及び先行車位置周辺の道路に分岐が存在するかをステップ１６１で判定する。道路に分岐が存在しない場合は、ステップ１０５で、計測した時点の先行車位置に自車が到達したときに、自車速度が、検出した先行車速度以下となるよう、目標加速度と目標速度を求める。また、ステップ１６１で道路に分岐が存在しないと判定されたときは、ステップ１０７で、自車速と、追従対象先行車までの車間距離，相対速度の関係から、適当な車間距離を実現するための、目標車速と目標加速度を求める。これらの目標速度と目標加速度の値に基づいて、主制御装置２０は、スロットルコントローラ２１，変速機コントローラ２２，ブレーキコントローラ２３へ、目標値を実現するための指令値をステップ
１０６で出力する。

以上説明したように、本実施例によれば、ある地点を通過する先行車の速度を記憶して、自車がその地点を通過するときには、記憶した先行車の速度以下で走行することで、自車のカーブ進入速度を先行車のカーブ進入速度以下とするよう制御することができ、道路形状に合ったドライバーに違和感の少ない速度制御ができる。また、自車のヨーレイトに合わせて上限速度を設定することで、横方向加速度をある値以下にでき、乗り心地を向上できる。また、先行車の速度ベクトルを推定しながら走行することで、カーブが連続するような複雑な形状の道路で先行車追従走行を行う場合でも、道路形状にあった違和感のない速度制御ができる。

自動車の走行制御装置の構成の一実施例を示す図である。先行車と自車の位置関係の例を示す図である。追従走行時の先行車と自車の速度の変化の例を示す図である。追従走行時における制御フローの実施例を示す図である。追従走行時における制御フローの実施例を示す図である。追従走行時における制御フローの実施例を示す図である。先行車を見失う場合の先行車と自車の位置関係の例を示す図である。先行車を見失う場合の先行車と自車の位置関係の例を示す図である。カーブ走行中に先行車を見失った場合の制御フローの例を示す図である。前方に複数の先行車が存在する場合の、先行車と自車の位置関係を示す図である。前方に複数の先行車が存在する場合の、先行車と自車の位置関係を示す図である。前方に複数の先行車が存在する場合の走行制御における制御フローの例を示す図である。先行車の速度ベクトルを推定する場合の、先行車と自車の位置関係の例を示す図である。先行車の速度ベクトルを推定する場合の走行制御における、制御フローの例を示す図である。先行車の速度ベクトルを推定する場合の走行制御における、制御フローの例を示す図である。ナビゲーション装置からの情報を利用する場合の走行制御における、制御フローの例を示す図である。

符号の説明

１０…レーダ装置、１１…車速センサ、１２…ヨーレイトセンサ、１３…スイッチ、
１６…記憶部、２０…主制御装置、２４…スロットル、２６…変速機、２７…ブレーキアクチュエータ。

Claims

複数の先行車との車間距離と相対速度と方向を検出する手段と、
自車の車速を検出する手段と、
前記自車の速度と前記相対速度から前記先行車速度を演算する手段と、
複数の前記先行車が、異なる方向に変化する場合に、前記自車の速度をある所定時間維持するように、スロットル，トランスミッション，ブレーキの少なくとも１つを用いて自車速度を制御する手段と、を備えた自動車の走行制御装置。
請求項１に記載の自動車の走行制御装置であって、
複数の前記先行車が、異なる方向に変化する場合に、ナビゲーション装置から、走行中の道路情報を取得し、前記先行車速度と前記道路情報とから、目標とする自車速度を決定する手段と、を備えた自動車の走行制御装置。
請求項２に記載の自動車の走行制御装置であって、
前記道路情報が道路の分岐情報であり、
前記道路に分岐が存在する場合は先行車への追従走行を継続し、
前記道路に分岐が存在しない場合は、前記目標とする自車速度をある所定時間維持するように、スロットル，トランスミッション，ブレーキの少なくとも１つを用いて自車速度を制御する手段を備えた自動車の走行制御装置。
請求項２に記載の自動車の走行制御装置であって、
前記道路情報が道路の車線情報であり、
自車進行側１車線の道路を走行中の場合は、前記先行車への追従走行をし、
自車進行側複数車線の道路を走行中の場合は、前記自車の速度をある所定時間維持するように、スロットル，トランスミッション，ブレーキの少なくとも１つを用いて自車速度を制御する手段を備えた自動車の走行制御装置。
請求項１に記載の自動車の走行制御装置であって、
前記先行車に追従走行する手段と、
自車の車速とヨーレイトを検出する手段と、
前記相対速度と前記方向とから先行車の自車に対する速度ベクトルを算出する手段と、
前記速度ベクトルの変化から、前記先行車のヨーレイトを算出する手段と、
前記先行車のヨーレイトが所定値以上の時は、そのヨーレイトの値を記憶し、前記先行車ヨーレイトを記憶した時点での先行車位置に自車が到達したとき、記憶した先行車ヨーレイトと検出した自車のヨーレイトとを比較する手段と、を備えた自動車の走行制御装置。
請求項５に記載の自動車の走行制御装置であって、
比較した先行車ヨーレイトと自車のヨーレイトの差が、ある値以上の場合は、前記追従走行を中止して自車速度をある所定時間維持するよう、スロットル，トランスミッション，ブレーキの少なくとも１つを用いて自車速度を制御する手段を備えた自動車の走行制御装置。
請求項５に記載の自動車の走行制御装置であって、
比較した先行車ヨーレイトと自車のヨーレイトの差が、ある値以下の場合は、ある地点を通過する前記先行車の速度を記憶し、前記自車がその地点を通過するときに、記憶した前記先行車の速度以下となるように、スロットル，トランスミッション，ブレーキの少なくとも１つを用いて自車速度を制御する手段を備えた自動車の走行制御装置。
請求項１に記載の自動車の走行制御装置であって、
自車線上の先行車と、自車線とは異なる車線上の先行車とを含む複数の先行車との車間距離と相対速度と方向を検出する手段と、
複数の前記先行車が同一方向に変化する場合に、前記自車がカーブ路に向かって走行していると判定し、前記自車のカーブ進入速度が、前記自車正面の先行車のカーブ進入速度以下となるように、スロットル，トランスミッション，ブレーキの少なくとも１つを用いて自車速度を制御する手段と、を備えた自動車の走行制御装置。