JP4867628B2

JP4867628B2 - 走行制御システム

Info

Publication number: JP4867628B2
Application number: JP2006329796A
Authority: JP
Inventors: 康治田口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-12-06
Also published as: JP2008146169A

Description

本発明は走行制御システムに関し、特に、複数台の車両によって隊列を形成して車両を走行させる走行制御システムに関するものである。

従来、車両の走行制御を行うものとして、複数台の車両によって隊列を形成して車両を走行させるものがある。例えば、特許文献１には、プローブカーを適切に制御することにより、プローブカーを先頭とする車群または車群を含む交通流全体を効率性、安全性及び環境に配慮しつつ制御する技術が開示されている。この特許文献１の技術は、道路地図データベースまたは交通データを基にプローブカーの制御戦略または車群戦略の少なくとも一方を入力し、この戦略の妥当性を評価して妥当な戦略を決定して、決定された戦略をプローブカーに送信するというものである。
特開２００２−１２３８９４号公報

しかしながら、上記の技術では、隊列先頭のプローブカーから走行計画を決定していくため、隊列後方の車両の走行計画における自由度が小さくなってしまい、追突等を防ぐための制御に余裕がなくなってしまう欠点がある。例えば、隊列先頭の車両から順に減速した場合、隊列後方の車両は車間を保つため急減速をせざるを得ない状況になる可能性があり、隊列全体の車両の安全を損なう場合がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数台の車両によって隊列を形成して車両を走行させる際に、隊列全体の車両の安全をより高めることができる走行制御システムを提供することにある。

本発明は、複数台の車両によって隊列を形成して車両を走行させる走行制御システムであって、隊列を形成する車両各々の走行計画を生成する走行計画生成手段を備え、走行計画生成手段は、隊列を形成する車両の内、隊列を形成する車両及び隊列を形成しない車両の少なくともいずれかによって前方及び後方を囲まれている車両から順に走行計画を生成することを特徴とする。

この構成によれば、走行計画生成手段は、隊列を形成する車両の内、隊列を形成する車両及び隊列を形成しない車両の少なくともいずれかによって前方及び後方を囲まれている車両から順に走行計画を生成するため、前方車両及び後方車両との追突の可能性がある車両から優先的に走行計画を立てた後に、前方及び後方を他車両によって囲まれていない比較的に安全な車両の走行計画を立てるため、隊列全体の車両の安全をより高めることができる。

この場合、走行計画生成手段は、前方の車両との車間距離及び後方の車両との車間距離の和が小さい車両から順に走行計画を生成することが好適である。

この構成によれば、走行計画生成手段は、前方の車両との車間距離及び後方の車両との車間距離の和が小さい車両から順に走行計画を生成するため、前方の車両との車間距離及び後方の車両との車間距離の和が小さく、追突の可能性の高い車両から優先的に走行計画を立てることになり、さらに各々の車両の状況に適合した走行計画を生成することができる。

あるいは、この場合、走行計画生成手段は、隊列内における中心位置に近い車両から順に走行計画を生成することが好適である。

この構成によれば、走行計画生成手段は、隊列内における中心位置に近い車両から順に走行計画を生成するため、隊列内の最も密な部位に位置する車両から優先的に走行計画を立てるため、さらに各々の車両の状況に適合した走行計画を生成することができる。

特にこの場合、隊列内における中心位置は、隊列を形成する車両各々の重量とそれぞれの車両間の車間距離とから算出した隊列の重心であることが好適である。

この構成によれば、隊列内における中心位置は、隊列を形成する車両各々の重量とそれぞれの車両間の車間距離とから算出した隊列の重心であるため、隊列内において重い車両が密集した位置の追突等の危険度が高い車両から優先的に走行計画を立てることになり、さらに各々の車両の状況に適合した走行計画を生成することができる。

あるいは、隊列内における中心位置は、隊列の先頭車両の前端と最後尾車両の後端とを結ぶ直線の中点であることが好適である。

この構成によれば、隊列内における中心位置は、隊列の先頭車両の前端と最後尾車両の後端とを結ぶ直線の中点であり、隊列内の車両の位置関係のみに基づいて隊列内の中心位置を定めるため、演算が容易になる利点がある。

一方、走行計画生成手段は、隊列を形成する車両各々の前方及び後方のいずれかの車両との車間距離と相対速度とから安全に関する指標を算出し、指標による安全性が低い車両から順に走行計画を生成することが好適である。

この構成によれば、走行計画生成手段は、隊列を形成する車両各々の前方及び後方のいずれかの車両との車間距離と相対速度とから安全に関する指標を算出し、指標による安全性が低い車両から順に走行計画を生成するため、例えば、隊列の先頭車両又は最後尾車両であっても、隊列外の車両に接近している車両である場合には、隊列内の前後関係に係わらず当該車両について優先的に走行計画を立てることになり、各々の車両の状況に適合した走行計画を生成することができる。

本発明の走行制御システムによれば、複数台の車両によって隊列を形成して車両を走行させる際に、隊列全体の車両の安全をより高めることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る走行制御システムについて添付図面を参照して説明する。

以下、本発明に係る走行制御システムを車載式の車両走行制御装置に適用した場合を例として説明する。図１は第１実施形態に係る車両走行制御装置の構成概要図である。図１に示すように、本実施形態に係る車両走行制御装置は、車両に搭載され、その車両の走行制御を行うものである。車両走行制御装置１は、ＥＣＵ１０を備えている。ＥＣＵ１０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）は、車両走行制御装置１の装置全体の制御を行う電子制御ユニットであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。このＥＣＵ１０は、隊列を形成する車両各々の走行計画を生成する走行計画生成手段として機能するものである。

車両走行制御装置１を搭載した車両は、主要な駆動源であるエンジン（内燃機関）３０と、各車輪に制動力を与えるブレーキ装置３４とを備えている。そして、この車両には、エンジン３０の駆動力を調節するための手段としてスロットルバルブの開度を調節するスロットルアクチュエータ３２が設けられている。また、車両には、ブレーキ装置３４の制動力を調節するための手段として、ブレーキ装置３４に供給される油圧を調節するブレーキアクチュエータ３６が設けられている。

なお、駆動源であるエンジン３０に代えてモータを用いてもよいし、エンジン３０とモータを併用してもよい。

車両走行制御装置１を搭載した車両には、操舵モータ４４が設けられている。操舵モータ４４は、車両の操舵力伝達機構に対し操舵力を与え自動操舵を行うものである。操舵モータ４４は、例えば、ステアリングシャフトなどの操舵力伝達機構に取り付けられ、ギヤ機構などを通じて操舵力を付与する。この操舵モータ４４は、ＥＣＵ１０から出力される制御信号に従って作動する。この操舵モータ４４としては、電動パワーステアリングステアリングシステムに用いられるアシストモータを利用することが好ましい。

また、車両には、車輪の回転を検出する車輪速センサ４１、ＧＰＳ（Global Positioning System）装置４０、レーダセンサ４５及び画像センサ４６が設けられている。ＥＣＵ１０は、これらのセンサ類の検出出力を取り込み、センサ類の検出値に応じた動作指令をスロットルアクチュエータ３２及びブレーキアクチュエータ３６のそれぞれに与えて、エンジン３０及びブレーキ装置３４に所望の制駆動力を発生させる。

車輪速センサ４１は、車速を検出する手段として機能するものであり、例えば電磁ピックアップ式のものが用いられる。ＧＰＳ装置４０は、衛星から発信された電波を受信し、その電波情報に基づいて現在位置を検出するものであり、車両の位置を検出する手段として機能する。この車両の位置を検出する手段としては、ＧＰＳ装置４０に代えてその他の装置を用いてもよい。例えば、路面に沿って一定間隔で埋設された磁気マーカを検出する磁気センサを用いてもよい。レーダセンサ４５及び画像センサ４６は、隊列内の他車両及び隊列外の他車両若しくはその他の障害物を検出する手段として機能するものであり、他車両と自車両との車間や、他車両の走行方向及び走行速度等を検出する。

車両には、路車間通信部４２が設けられている。路車間通信部４２は、路面に埋設されたループアンテナＡと通信を行い、交通情報、気象情報などを通信するものであり、例えば電波を情報伝達媒体として通信を行う通信機が用いられる。路面内のループアンテナＡは、インフラ設備として設けられる路車間通信器９０に接続されている。なお、車両走行制御装置において、路車間通信部４２の設置を省略する場合もある。

車両には、車々間通信部４３が設けられている。車々間通信部４３は、他車との通信を行う車々間通信を行うものであり、車両の現在位置、目標速度パターン、制御目標位置などの車両情報を互いに通信する。

次に、本実施形態に係る車両走行制御装置による隊列走行について説明する。図２は第１実施形態に係る車群重心を用いた処理手順を示すフローチャートであり、図３は車群重心を用いた隊列走行の平面図である。図２に示す処理は、ＥＣＵ１０により所定の周期（例えば、５０ｍｓ）で繰り返し実行される。図３に示すように、車両Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３及びＢ_４は、走行制御システムの車両走行制御に従って隊列を組んで道路６１を走行しており、一つの車群を形成している。車両Ｂ_１〜Ｂ_４には、それぞれ本実施形態に係る車両走行制御装置１が搭載されており、各々の車両走行制御装置１の車々間通信部４３によって、車両の現在位置、車速、目標制御位置、目標速度パターン、他車両との車間などの車両情報を相互に通信している。

なお、以下に説明する処理において、隊列を形成する車両の全てに本実施形態の車両走行制御装置１が搭載されている必要はなく、隊列を形成する車両の少なくとも一台に本実施形態の車両走行制御装置１が搭載されていれば良い。また、以下の制御に関する演算処理は、隊列を形成する車両の一台に搭載された車両走行制御装置が当該隊列を代表して行い、他の車両はその演算処理結果に追随するものとする。この場合において、演算処理を行う走行車両制御装置が搭載された車両と、その車両の隊列内における走行計画を生成する順序とは関係がなく、演算処理を行う車両走行制御装置が搭載された車両の走行計画が最初に生成される場合もあるし、最後に生成される場合もあり得る。好適には、隊列内で最も処理能力の優れた装置が搭載された車両の車両走行制御装置が、当該隊列を代表して演算処理を行えば良い。

また、車両Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３及びＢ_４のように隊列走行している場合、各車両の車間距離は短い方が望ましい。すなわち、車間距離を短くすることにより、隊列への他車の割り込みを防止でき走行安全性を向上させることができる。また、後方走行車の走行空気抵抗を低減でき、燃費の低減が図れる。

図２に示すように、本実施形態における隊列走行では、演算処理を行う車両走行制御装置１が搭載された車両のＥＣＵ１０によって、最初に隊列の車群重心を算出する（Ｓ１１）。車群重心は、各々の車両Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３及びＢ_４各々に搭載されたＧＰＳ装置４０、レーダセンサ４５及び画像センサ４６によって取得された各々の車両同士の車間と、各々の車両の車重とから算出される。つまり、隊列全体をそのまま大きな台に載せた場合に重量中心として釣合う点を車群重心する。例えば、図３に示す例では、車両Ｂ_２の車重が車両Ｂ_３よりも重いために、車群重心Ｇは、車両Ｂ_２及びＢ_３の間であって、やや車両Ｂ_２よりの位置となる。

次に、車群を形成する車両Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３及びＢ_４の内で走行パターン（走行計画）を生成する順序を決定する（Ｓ１２）。走行パターンの生成は、走行パターンの決定において最も自由度が低い車両である車群重心に近い車両から順に生成する。図３に示す例では、車群重心Ｇに近い順から車両Ｂ_２、車両Ｂ_３、車両Ｂ_１、車両Ｂ_４の順に走行パターンを決定する。

なお、この場合において、車群を形成する各々の車両の重量を取得できないときは、車々間通信部４３によって得られた各車両の情報により推定しても良い。あるいは、車両の重量を用いて車群重心を算出せず、隊列の先頭車両の前端と最後尾車両の後端とを結ぶ直線の中点に近い順から走行パターンを決定するようにしても良い。さらに、悪天候等により、車群に属する車両各々の位置関係を計測しにくい場合には、単に、前方の車両との車間距離及び後方の車両との車間距離の和が小さい車両から順に走行計画を生成するようにしても良い。

最初に走行パターンを生成する車両Ｂ_２の走行パターンを生成する（Ｓ１３）。決定された車両Ｂ_２の走行パターンは、演算処理を行う車両走行制御装置１が搭載された車両の車々間通信部４３によって車群内の他の車両に伝達される（Ｓ１４）。次いで、すでに生成された車両の走行パターンを踏まえて順に車両Ｂ_３、車両Ｂ_１、車両Ｂ_４の走行パターンが生成され、生成された走行パターンは車群内の他の車両に伝達されて、全車両の走行パターンが生成されるまで繰り返される（Ｓ１５）。

本実施形態の車両走行制御装置によれば、車両走行制御装置１のＥＣＵ１０は、隊列を形成する車両の内、隊列を形成する車両及び隊列を形成しない車両の少なくともいずれかによって前方及び後方を囲まれている車両から順に走行計画を生成するため、前方車両及び後方車両との追突の可能性がある車両から優先的に走行計画を立てた後に、前方及び後方を他車両によって囲まれていない比較的に安全な車両の走行計画を立てるため、隊列全体の車両の安全をより高めることができる。

特に、本実施形態では、隊列内における中心位置に近い車両から順に走行計画を生成し、隊列内における中心位置は、隊列を形成する車両各々の重量とそれぞれの車両間の車間距離とから算出した隊列の重心であるため、隊列内において重い車両が密集した場所の追突等の危険度が高い車両から優先的に走行計画を立てることになり、さらに各々の車両の状況に適合した走行計画を生成することができ、車群全体の安全を確保できる。

さらに、本実施形態では、悪天候等により、車群に属する車両各々の位置関係を計測しにくい場合には、前方の車両との車間距離及び後方の車両との車間距離の和が小さい車両から順に走行計画を生成することもでき、追突の可能性の高い車両から優先的に走行計画を立てるため、さらに各々の車両の状況に適合した走行計画を生成することができ、車群全体の安全を確保できる。

あるいは、本実施形態では、車群を形成する車両の重量を用いずに、隊列内における中心位置を、隊列の先頭車両の前端と最後尾車両の後端とを結ぶ直線の中点とし、この中点に近い車両から順に走行計画を生成することができ、隊列内の車両の位置関係のみに基づいて隊列内の中心位置を定めるため、演算が容易になる利点がある。

以下、本発明の第２実施形態について説明する。図４は第２実施形態に係る安全マージンを用いた処理手順を示すフローチャートであり、図５は安全マージンを用いた隊列走行の平面図である。本実施形態では、隊列を形成する車両各々の前方及び後方のいずれかの車両との車間距離と相対速度とから安全に関する指標である安全マージンを算出し、安全マージンが低い車両から順に走行計画を生成する点が、上記第１実施形態と異なっている。

図４に示すように本実施形態における隊列走行では、演算処理を行う車両走行制御装置１が搭載された車両のＥＣＵ１０によって、車群内の車両との安全マージンを算出する（Ｓ２１）。安全マージンの算出は、車群内の車両各々の車速から必要車間を算出し、その時点の車間距離を必要車間で割った値を安全マージンとする。図５の例では、例えば、車両Ｂ１及び車両Ｂ２の車間ｄ_１と、車両Ｂ１及び車両Ｂ２各々の車速に基づいて安全マージンを算出する。また、この場合における必要車間は、不具合が同時発生など想定される最悪事態が発生した場合にも隊列内の追突を回避でき、空気抵抗軽減による燃費向上などの効果が得られるように設定される。

例えば、加速中及び定常走行中において、先行車両にあっては、故障発生により即時停止開始する際に、緊急停止発生時点での制御位置がその時刻の目標位置に対して誤差範囲内で最も後方の位置であり、緊急停止開始速度が誤差範囲内で最低となる場合を考慮し、追従車両（後続車両）にあっては、先行車両の緊急停止発生時点で制御位置がその時刻の目標位置に対して誤差範囲内で最も前方の位置であり、緊急停止開始速度が誤差範囲内で最低となり、先行車両の故障発生通信開始時点から通信途絶同時発生した場合を考慮して、必要車間が設定される。

一方、減速中において、先行車両にあっては、加速中及び定常走行中と同様に、故障発生により即時停止開始する際に、緊急停止発生時点での制御位置がその時刻の目標位置に対して誤差範囲内で最も後方の位置であり、緊急停止開始速度が誤差範囲内で最低となる場合を考慮し、追従車両にあっては、先行車両の緊急停止発生時点で制御位置がその時刻の目標位置に対して誤差範囲内で最も後方な位置であり、緊急停止開始速度が誤差範囲内で最低となり、先行車両の故障発生通信開始時点から通信途絶同時発生した場合を考慮して、必要車間パターンが設定される。

あるいは、上記安全マージンは、衝突時間（ＴＴＣ：Time to collision）＝（周囲の車両との車間距離）／（周囲の車両との接近する方向への相対速度）、が短い車両から順に走行計画を生成するようにしてもよい。

次いで、車群の端に位置する車両については、車群外の車両との安全マージンも同様にして求める（Ｓ２２）。例えば、図５に示す車両Ｂ４の場合は、車群外車両Ｃ１との車間距離ｄ_２と、車両Ｂ４及び車群外車両Ｃ１各々の車速に基づいて安全マージンを算出する。

さらに、横方向に対しても同様に安全マージンを求める（Ｓ２３）。例えば、図５に示す車両Ｂ４の場合は、車群外車両Ｃ２との横方向の車間距離ｄ_３と、車両Ｂ４及び車群外車両Ｃ２各々の横方向への車速に基づいて安全マージンを算出する。

演算処理を行う車両走行制御装置１が搭載された車両のＥＣＵ１０は、上記のように算出された車両Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４各々についての車群内及び車群外の車両各々との安全マージンの中で最小の安全マージンを当該車両の最小安全マージンとして選択する（Ｓ２５）。さらに、車両走行制御装置１のＥＣＵ１０は、最小安全マージンが小さい車両から順に走行パターンを生成する（Ｓ２６）。

以降の処理は、上記第１実施形態と同様に、次いで、すでに生成された車両の走行パターンを踏まえて順に車両Ｂ_３、車両Ｂ_１、車両Ｂ_４の走行パターンが生成され、生成された走行パターンは車群内の他の車両に伝達されて、全車両の走行パターンが生成されるまで繰り返される（Ｓ２７，Ｓ２８）。

本実施形態によれば、車両走行制御装置１のＥＣＵ１０は、隊列を形成する車両各々の前方及び後方のいずれかの車両との車間距離と相対速度とから安全に関する指標、すなわち安全マージンを算出し、安全マージンが低い車両から順に走行計画を生成するため、例えば、隊列の先頭車両又は最後尾車両であっても、隊列外の車両に接近している車両である場合には、隊列内の前後関係に係わらず当該車両について優先的に走行計画を立てることになり、各々の車両の状況に適合した走行計画を生成することができる。すなわち、隊列の先頭車両又は最後尾車両が隊列外の車両に接近しているような場合であっても、最も安全でない車両の安全を確保できるようになり、車群全体が安全な走行パターンを生成することができ、交通流全体の安全度が高まる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。上記本実施形態では、本発明の走行制御システムを車載式の車両走行制御装置に適用した場合を中心に説明したが、本発明の走行制御システムはこれに限定されない。例えば、車両外の施設に本発明の走行制御システムを制御する車両走行制御装置を設置し、当該車両走行制御装置からの指令によって隊列を形成する車両を外部から制御する態様も本発明の範囲に含まれる。

第１実施形態に係る車両走行制御装置の構成概要図である。第１実施形態に係る車群重心を用いた処理手順を示すフローチャートである。車群重心を用いた隊列走行の平面図である。第２実施形態に係る安全マージンを用いた処理手順を示すフローチャートである。安全マージンを用いた隊列走行の平面図である。

符号の説明

１…車両走行制御装置、１０…ＥＣＵ、３０…エンジン、３２…スロットルアクチュエータ、３４…ブレーキ装置、３６…ブレーキアクチュエータ、４０…ＧＰＳ装置、４１…車輪速センサ、４２…路車間通信部、４３…車々間通信部、４４…操舵モータ、４５…レーダセンサ、４６…画像センサ、６１…道路、９０…路車間通信器、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４…車両、Ｃ１，Ｃ２…車群外車両、Ｇ…車群重心、ｄ_１，ｄ_２，ｄ_３…車間距離。

Claims

複数台の車両によって隊列を形成して車両を走行させる走行制御システムであって、
前記隊列を形成する車両各々の走行計画を生成する走行計画生成手段を備え、
前記走行計画生成手段は、前記隊列を形成する車両の内、前記隊列を形成する車両及び前記隊列を形成しない車両の少なくともいずれかによって前方及び後方を囲まれている車両であって、前記隊列内における中心位置に近い車両から順に前記走行計画を生成する、走行制御システム。
前記隊列内における中心位置は、前記隊列を形成する車両各々の重量とそれぞれの車両間の車間距離とから算出した前記隊列の重心である、請求項１に記載の走行制御システム。
前記隊列内における中心位置は、前記隊列の先頭車両の前端と最後尾車両の後端とを結ぶ直線の中点である、請求項１に記載の走行制御システム。
前記走行計画生成手段は、前方の車両との車間距離及び後方の車両との車間距離の和が小さい車両から順に前記走行計画を生成する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の走行制御システム。