JP5120718B2 - 車両 - Google Patents

Description

本発明は、車両に係り、例えば、他車両や自車両からの指令に基づいて、他の車両に追従して走行する追従走行に関する。

車両が走行する場合、先行する車両（以下、先行車両という）に追従しながらオートクルーズする車両について提案されている。
例えば、特許文献１では、先行車両に追従して予め設定された追従車間距離設定値を保ちながら定速走行を行う車間距離制御型定速走行装置を備えた車両が提案されている。
また特許文献２では、先行車両に対する追従走行を行わせるとともに、車車間通信を利用して自車両と先行車両との交錯可能性を判断し、該交錯可能性が所定値以上となったときに上記追従走行を中止する技術について提案されている。
また、特許文献３では、単独走行可能な１人乗りの車両において、先行車両がホスト車両として走行し、一方、他の車両が追従車両としてホスト車両の後方を追従走行したり、ホスト車両の横に並んで追従走行する場合について提案されている。

特開平１０−６７２５４号 特開２００７−１２６１４６号 特開２００６−３３８１１７号

しかし、特許文献１、特許文献２では、先行車両に対して後方を走行する場合の「縦追従走行」については記載されているが、先行車両の横に並んで走行する「並走追従走行」については記載されていない。
一方、特許文献３では、先行車両の横に並んだ状態で追従走行することについて記載されているが、任意の位置を走行している車両が、追従走行を開始した場合に先行車両の横に並んで並走追従走行状態に移行するまでの具体的方法及び、横に並んだ状態での制御については記載されていない。

追従制御の場合、基本的に先行車両の周辺の任意の位置に、追従車両の目標点あるいは目標位置を設定し、この点あるいは位置と現在の追従車両の位置との偏差を０とするような制御が行なわれる。
前後方向に追従する場合には、アクセルやブレーキにより直接制御可能である。これに対し、先行車両の横に並んで追従する場合（任意方向への駆動が可能な球状タイヤを除き）、純粋に横方向だけの移動はできず、ハンドル操作などにより、縦方向の移動が不可欠なもので横方向の移動を制御しなければならない。
このため、横に並んだ追従走行をする場合、厳密に進行方向を制御しなければならないが、それと同時に横方向の車間距離も縦方向追従走行に比べてより厳密に制御する必要がある。進行方向を厳密に制御しようとすると、いつまでも横方向の車間距離が制御できず、逆に横方向の車間距離制御に重点をおくと、進行方向がいつまでも制御しきれないことになる。
この問題点は、小型の車両で横方向の旋回自由度が高い車両、例えば、特許文献３で提案されている倒立振り子車両（１軸２輪車両等）では特に顕著となる。先行車両の急な方向転換に対して、追従車両が十分に対応出来なくなる。

そこで本発明は、先行車両に対して安全に並走追従状態に移行することが可能な車両を提供することを目的とする。

（１）請求項１に記載の発明では、先行車両に対して追従走行制御を行なう追従制御部を備えた車両であって、前記先行車両の横側を並走する並走追従走行を開始する際に、当該先行車両の横側に最終的な追従目標点である第２目標点を設定するとともに、前記第２目標点よりも前記先行車両の外側に最終第１目標点を設定する目標設定手段と、を備え、前記追従制御部は、前記最終第１目標点を追従目標点として追従し、該最終第１目標点に到達した後に、前記第２目標点を追従目標点として追従するように、追従走行制御を行なう、ことを特徴とする車両を提供する。
（２）請求項２記載の発明では、前記追従制御部は、前記最終第１目標点に到達するまでの追従走行制御よりも、前記第２目標点を追従目標として追従する追従走行制御を、旋回に対する反応が速い制御とする、ことを特徴とする請求項１に記載の車両を提供する。
（３）請求項３記載の発明では、前記目標点設定手段は、前記最終第１目標点を、前記先行車両及び自車両の形状に基づいて、当該先行車両から一定距離を確保した安全車間距離だけ離れた点に設定する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両を提供する。
（４）請求項４記載の発明では、前記目標設定手段は、前記最終第１目標点を、前記第２目標点よりも前記先行車両を基準として後方に設定することを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の車両を提供する。
（５）請求項５記載の発明では、前記目標設定手段は、前記先行車両を基準に前記安全車間距離だけ離れた距離上で、現在位置から最短距離にある点を第１目標点に設定し、前記追従制御部は、前記第１目標点を追従目標点として追従し、該第１目標点に到達した後に、前記最終第１目標点を追従目標点として追従するように追従走行制御を行なう、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１の請求項に記載の車両を提供する。

本発明によれば、先行車両の横側に最終的な追従目標点である第２目標点を設定するとともに、第２目標点よりも外側に最終第１目標点を設定し、最終第１目標点を追従目標点として追従した後に、第２目標点を追従目標点として追従するので、先行車両に対して安全に並走追従状態に移行することができる。

以下、本発明の車両における好適な実施の形態について、図１から図８を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
本実施形態の車両は、先行車両（被追従車両）に対して進行方向横に並んで走行する、並走追従走行に移行する場合、追従車両の自動制御による制御精度を向上させる。
そして、本実施形態の車両では、全く追従走行をしていない状態や、縦追従走行をしている状態から、次のようにして並走追従走行に移行する。
すなわち、並走追従走行に移行する場合、先行車両に対する第２目標点（先行車両の横に設定した最終的に収束させる目標点）と、この第２目標点よりも先行車両から離れている最終第１目標点を設定する。
そして、まず最終第１目標点にむけて横方向の「車間距離重視の制御」ロジックにて収束させる。車両位置が最終第１目標点に十分に収束すると、次に、第２目標点にむけて「進行方向重視の制御」ロジックで制御を行ない、車両が第２目標点に収束した後は進行方向重視の制御により並走追従走行を継続させる。
車間距離重視の制御は、従来のように先行車両の後方を追従する場合の制御である。これに対して進行方向重視の制御は、車間距離重視の制御に比べて横方向の移動を素速くした制御（旋回に対する反応が速い制御）であり、左右方向に対するフィードバック制御における比例定数と微分定数を車間距離重視の制御よりも大きくすることで実現可能である。なお、本実施形態では、更に旋回に対する反応を速くするために、先行車両の旋回指令値をフィードフォワード制御の入力としている。
なお、目標点に収束しているか否かの判断は、目標点から所定距離の範囲内にいる場合に収束していると判断する。所定距離については、各目標点毎に予め設定される。

並走追従走行中に、車両が第２目標点から一定以上離れた場合、再度最終第１目標点にむけて、縦追従走行（車間距離重視の制御ロジック）に変更して安全を確保する。その後、また車間距離重視の制御による最終第１目標点に収束させた後、進行方向重視の制御に切り替えて並走追従走行を継続する。

ここで最終第１目標点は、先行車両の中心から左右いずれかの方向に、先行車両及び自車両の形状に基づいて、当該先行車両から一定距離を確保した安全車間距離だけ離れた点である。この安全車間距離は、先行車両と追従車両が走行中の非接触を確保できるだけ離れた点で、車両形状、車両の加速・旋回・制動性能、通信漏れ、制御遅れを基に、安全率を乗ずることで決定する。
本明細書において、先行車両を中心とした安全車間距離の集合体を安全車間距離線という。本実施形態における安全車間距離線は円形であるが、必ずしも円である必用はなく、進行方向に扁平な楕円形状であってもよい。進行方向については先行車両に近くても制御が容易であり、安全距離は短くすることが可能だからである。

旋回時の安全性をさらに確保するため、最終第１目標点の設定位置を、先行車両の真横からやや後方にオフセットさせて、先行車両の進行方向後方に置くようにしてもよい。これにより先行車両の急激な方向転換に制御が対応しやすくなる。
また、追従車両の現在位置と最終第１目標点とを結ぶ直線が安全車間距離線と交差する場合、すなわち、最終第１目標点に移動する途中で安全車間距離以内を通過しなければならない位置にいる場合、現在位置から最も近い安全車間距離線（本実施形態では円）上の点を第１目標点に設定し、縦追従走行で第１目標点に収束させた後、第１目標点を安全車間距離線上で最終第１目標点に向けてスライドさせ、最終的に最終第１目標点に収束させる。なお、第１目標点は、安全のため、先行車両の前方側ではなく、後方側をスライドさせる。

本実施形態では、縦追従走行の開始や、通常走行又は縦追従走行から並走追従走行への移行は、先行車両からの指令信号に基づいて行われる。並走追従走行への移行指令の場合、並走側（先行車両の右側、左側）の指示が含まれる。
なお、これらについては、追従車両の乗員からの指令に基づいて行うようにしてもよい。

（２）実施形態の詳細
本実施形態の車両は、通常の４輪車両に対しても適用が可能であるが、小型の車両で横方向の旋回自由度が高い車両に適用した場合に特に有効である。
そのため本実施形態では、特に小半径で旋回することが可能な倒立振り子車両（１軸２輪車両等）に適用した場合を例に説明することとする。なお、先行車両も倒立振り子車両を対象として説明するが、それ以外の４輪車両等であってもよい。

倒立振り子車両は、搭乗部の姿勢を感知し、その姿勢に応じて、駆動輪の駆動方向で前後方向のバランスを保持するように姿勢制御を行いながら走行するものである。その姿勢制御の方法としては、例えば、米国特許第６，３０２，２３０号明細書、特開昭６３−３５０８２号公報、特開２００４−１２９４３５公報、特開２００４−２７６７２７公報で開示された各種制御方法が使用可能である。

図１は、本実施形態の車両（追従車両）の追従制御に関連する構成を表したものである。
図１に示されるように、車両１は、ＥＣＵ（エレクトロニック・コントロール・ユニット）１０と、レーザレーダ２０、車速センサ３０、ヨーレートセンサ４０、無線通信装置５０、駆動モータ６０ａ、６０ｂを備えている。
なお、図示しないが、駆動モータ６０ａ、６０ｂ等に駆動用の電力を供給し、また、ＥＣＵ１０に制御用の低電圧の電源を供給する、バッテリも備えている。

ＥＣＵ１０は、図示しない各種プログラムやデータが格納されたＲＯＭ、作業領域として使用されるＲＡＭ、外部記憶装置、インターフェイス部等を備えたコンピュータシステムで構成されている。
倒立振り子車両に適用されている本実施形態においては、その姿勢を保持する姿勢制御プログラム、操縦装置からの各種指示信号に基づいて走行を制御する走行制御プログラム、本実施形態における先行車両８０に対する追従走行を行うための追従走行プログラム等の各種プログラムがＲＯＭに格納されており、ＥＣＵ１０は、これら各種プログラムを実行することで対応する処理を行う。

また、ＥＣＵ１０は、先行車両相対位置検出部１１、追従制御部１２、車両制御部１３を備えており、縦追従走行において車間距離重視の制御を行い、並走追従走行において進行方向重視の制御を行うようになっている。

先行車両相対位置検出部１１は、レーザレーダ２０で測定された位置と距離に基づいて、先行車両８０の相対位置および向き（進行方向）を検出し、追従制御部１２に供給する。
なお、先行車両８０から通信で車速およびヨーレートの情報を受信しても良い。
また、本実施形態では不要であるが、先行車両８０から位置座標データを受信してデッドレコニングを行う場合には、自車両１の絶対位置を検出するためにＧＰＳ等の現在位置検出装置を備えるようにしてもよい。

追従制御部１２は、本実施形態における追従走行として、縦追従走行及び並走追従走行を行う場合の制御指令値（前後方向指令値、左右方向指令値）を車両制御部１３に供給する。
追従制御部１２は、車速センサ３０から車速、ヨーレートセンサ４０からヨーレートを取得する。また、無線通信装置５０で受信した先行車両８０の目標指令値を取得する。無線通信装置５０は、先行車両８０や他の車両（追従車両を含む）との間で車車間通信によりデータの送受信を行うようになっている。
追従制御部１２は、フィードバック制御とフィードフォワード制御による、前後方向の制御部と左右方向の制御部（いずれも後述する）を備えている。
追従制御部１２は、先行車両相対位置検出部１１、車速センサ３０、ヨーレートセンサ４０、無線通信装置５０からの各入力に基づいて、前後方向の制御部による前後制御指令値（目標速度、又は目標加速度）と、左右方向の制御部による左右制御指令値（目標回転角速度ｕ）を車両制御部１３に供給する。

車両制御部１３は駆動モータ６０ａ、６０ｂを制御する。
すなわち、車両制御部１３は、追従制御部１２から供給される目標速度（又は目標加速度）となるように、駆動モータ６０ａ、６０ｂを制御する。具体的には、車両制御部１３は、駆動モータ６０用の速度（又は加速度）−電流マップを備えており、このトルク−電流マップに従って、追従制御部１２から供給される目標速度（又は目標加速度）に対応する電流を駆動モータ６０に対して出力するように電流制御を行う。

また、車両制御部１３は、追従制御部１２から供給される目標回転角速度ｕ（左右制御指令値）で車両１が旋回するように、両駆動モータ６０ａ、６０ｂに対して異なる電流を出力することで、両駆動モータの６０ａ、６０ｂの差動により旋回を行うようにしてもよい。

なお、本実施形態では倒立振り子車両を対象に説明しているが、それ以外の車両、例えば、４輪車両等にも適用が可能であり、その場合には、車両は操舵モータを備える。そして、車両制御部１３は、追従制御部１２から供給される目標回転角速度ｕに対応する操舵角となるように操舵モータを制御する。

図２は、追従制御部１２における追従制御のブロック線図を表したものである。
図２（ａ）は、前後方向の制御を行う制御ブロック線図であり、偏差が入力される前後フィードバック制御部１２１ａと、無線通信装置５０を介して受信した先行車両８０の前後方向の走行指令（目標速度又は目標加速度）が入力される前後フィードフォワード制御部１２１ｂで構成され、前後制御指令値（目標速度又は目標加速度）を出力するようになっている。

前後フィードバック制御部１２１ａに入力される偏差（縦偏差）は、追従車両１と先行車両８０に対する目標点とを結ぶ線分（距離）の、追従車両１の進行方向の成分（距離）、すなわち、目標点から、追従車両１の進行方向と直角な方向に引いた線分までの距離（以下縦方向距離という）である。
ここで目標点は、縦追従走行の場合には予め定められた追従方式に基づく先行車両８０の後方に設定される目標点で、並走追従走行の場合には後述する第１目標点Ｔｓ、最終第１目標点Ｔｌ、第２目標点Ｇが該当する。
本実施形態において、前後方向の制御は、縦追従走行（車間距離重視の制御）と並走追従走行（進行方向重視の制御）のいずれの場合も同一の制御を行う。
すなわち、図２（ａ）の前後方向の制御を行う制御ブロック線図では、追従制御の切換によっては、入力の変更やフィードバックゲイン等の変更は行われず一定である。

図２（ｂ）は、左右方向の制御を行う制御ブロック線図であり、左右フィードバック制御部１２２ａと、左右フィードフォワード制御部１２２ｂで構成され、左右制御指令値（目標回転角速度ｕ）を出力するようになっている。
本実施形態において、左右方向の制御は、縦追従走行（車間距離重視の制御）と並走追従走行（進行方向重視の制御）において同一の構成であるが、追従制御の切換によって、入力の変更やフィードバックゲイン等の変更が行われる。

すなわち、並走追従走行の場合、左右フィードフォワード制御部１２２ｂには、無線通信装置５０を介して受信した先行車両８０の旋回指令値Ｔ（先行車両８０の目標回転角速度）が入力され、縦追従走行の場合には０が入力されて左右フィードフォワード制御部１２２ｂによるフィードフォワード制御が行われない状態となる。
このように、先行車両８０の旋回指令値Ｔを左右フィードフォワード制御部１２２ｂに入力することで、従属車両１が自由に旋回可能な縦追従制御に比べて、先行車の旋回に制約された旋回とし、従属車両単独の急旋回による接触を回避するようにしている。

一方、左右フィードバック制御部１２２ａは、並走追従走行と縦追従走行共に使用するが、フィードバック制御における比例定数ＰＴとＰＤの値は、縦追従走行時よりも並走追従走行時の方が大きな値に設定（変更）される。
左右フィードバック制御部１２２ａに入力される横偏差ｅＷは、追従車両１と先行車両８０に対する目標点とを結ぶ線分（距離）の、追従車両１の進行方向と直角方向（横方向）の成分（距離）、すなわち、目標点から、追従車両１の進行方向に引いた線分までの距離（以下横方向距離という）である。
ここで目標点は、縦追従走行の場合には予め定められた追従方式に基づく先行車両８０の後方に設定される目標点で、並走追従走行の場合には後述する第１目標点Ｔｓ、最終第１目標点Ｔｌ、第２目標点Ｇが該当する。

次に、以上のように構成された車両１により、並走追従走行を行う場合の動作について説明する。
図３は、車両１が先行車両８０の横に並んで走行する並走追従走行状態に移行する状態を表したものである。
この図３に示すように、追従車両１が先行車両８０に対して並走追従走行をする場合、先行車両８０の横（右又は左）に設定される最終的な目標点（第２目標点Ｇ）に直接向けて移動するのではなく、次のように段階を踏むと共に、追従走行の制御内容を変更しながら第２目標点Ｇに移動する。
すなわち、追従車両１は、搭乗車から又は先行車両から並走追従走行の指示（左右いずれに並走するかについての指示も含む）があると、第２目標点Ｇよりも離れた最終第１目標点Ｔｌに向けて、縦追従走行（車間距離重視の制御）によって移動する（Ｓ１）。

ここで、最終第１目標点Ｔｌは、先行車両８０の中心点から第２目標点を通る直線上で、先行車両８０の中心から安全車間距離だけ離れた点に設定する。
安全車間距離は、図３（ｂ）に示されるように、車両を俯瞰した場合の車両形状と、車両の車間距離を決定するための代表点とで決まる。
すなわち、車両の代表点を両車輪の中央（３輪以上の場合には全車両を結ぶ形状の重心点）にとり、その代表点から車両の外形で最も離れた点を最離点とする。安全車間距離ｄは、車間距離を維持出来ている時に最離点同士が接触しない距離以上の距離である。
具体的には、先行車両８０の代表点と追従車両１の代表点を結ぶ線上に両車両の最離点を重ねた場合の両代表点間の距離をｄ１（図３（ｂ）参照）とした場合に、安全車間距離ｄ＝ｄ１＋α＋ｒ１となる。

αは車両の最大速度、最小回転半径、追従制御性能、安全率などにより設定される定数である。
ｒ１は後述（図６）するが、最終第１目標点Ｔｌに収束（到達）したか否かを判定する収束判定半径で、追従車両１が実際に最終第１目標点Ｔｌに到達したとみなす収束判定エリアを規定するための半径である。この収束判定半径ｒ１を安全車間距離ｄに含めることで、追従車両１が収束判定エリアの最も先行車両８０側に到達している場合であっても、先行車両との接触を回避することができる。ｒ１の値は、各車両の形態（倒立振り子車両か四輪車両か等）や形状に応じて設定されるが、本実施形態の例では０．１ｍが設定される。
以上から設定される安全車間距離ｄは、各車両の形態（倒立振り子車両か四輪車両か等）や形状に応じて異なるが、本実施形態の例では、１．８ｍ〜２ｍの範囲で設定される。

なお、車両が最小回転半径で走行した場合の回転中心点を代表点とし、最小回転半径で走行した場合の車両の外形で最も離れた点を最離点としてもよい。
各車輪が独立して回転制御可能な車両の場合には、全車輪の重心点を中心に回転可能になるので、上記した場合と同一の代表点、最離点となる。

なお、先行車両８０の中心点から安全車間距離だけ離れた点の集合が安全車間距離線Ｐである。
但し、本実施形態における安全車間距離線Ｐは円形であるが、安全車間距離は先行車両８０と追従車両１とが接触せずに安全を確保できる距離であるため、進行方向に扁平な楕円形状であってもよい。進行方向に扁平とすることで、安全車間距離が横方向よりも縦方向を短くするのは、前後方向の追従はアクセルやブレーキにより直接制御可能であるためである。

図３（ｃ）は、先行車両８０の特定点から第２目標点Ｇの距離ｄ２を表したもので、先行車両８０の特定点と追従車両１の特定点間の距離である。
本実施形態の場合の一例として、車両の幅が１ｍ（特定点から側面まで５０ｃｍ）とした場合、第２目標点距離ｄ２＝１．５ｍとなり、両車両の外形間の距離は５０ｃｍ程度となる。
その結果、本実施形態の場合に、最終第１目標点Ｔｌと第２目標点Ｇ間は３０ｃｍ〜５０ｃｍとなる。
なお、距離ｄ２は、先行車両８０又は追従車両１の車速が増加に伴い大きくなるようにしてもよい。この場合、距離ｄ２は両車両が離れすぎないように上限を設けてもよい。

図３（ａ）に戻り、追従車両１が縦追従走行で最終第１目標点Ｔｌ（実際には後述するように、安全車間距離線Ｐに接する収束判定エリア内）に到達すると、進行方向重視の制御である並走追従走行に切り換え、追従車両１の制御目標点を第２目標点Ｇに変更して並走追従走行を行う（Ｓ２）。
以後追従車両１は、第２目標点Ｇを制御目標点として並走追従走行を継続し、第２目標点Ｇから所定距離以上離れた場合には、追従走行を縦追従走行に戻し、再度最終第１目標点Ｔｌに向けて移動する。その後は同様にして第２目標点Ｇに移動する。

なお、本実施形態では、先行車両８０の中心点から第２目標点を通る直線上で、先行車両８０の中心から安全車間距離だけ離れた点に最終第１目標点Ｔｌを設定した。
これに対し、追従車両１が第２目標点に到達するまでの間に先行車両が追従車両１側に旋回した場合の安全性を確保するために、図３（ａ）にＴｌ’で示すように、最終第１目標点の設定位置を、先行車両８０の真横からやや後方に角度θだけオフセットさせて、先行車両の進行方向後方に設定するようにしてもよい。
この場合も追従車両１は最終第１目標点Ｔｌを制御目標点として縦追従走行し、最終第１目標点Ｔｌに収束したら、第２目標点Ｇを制御目標点として並走追従走行を行う。

図４は、先行車両８０に対して追従車両１が特定の位置にいる場合の移動方法について表した図である。
図４に示されるように、追従車両１が特定位置にいる場合に直接最終第１目標点Ｔｌを目標点として縦追従制御を行うと、安全車間距離線Ｐ（収束判定用の距離ｒ１だけ内側の線Ｐ’としてもよい）で囲まれた領域Ｑ内を通過することになる。このような位置関係に追従車両１が位置している場合には、直接最終第１目標点Ｔｌに移動せず、領域Ｑを通過しないで到達可能な安全車間距離線Ｐ上の点に第１目標点Ｔｓを設定し、まず第１目標点Ｔｓを目標点として収束（半径ｒ１内）させ、その後第１目標点Ｔｌを所定角度又は所定距離づつ順次変更することで安全車間距離線Ｐに沿って間接的に最終第１目標点Ｔｌまで移動する。
なお、第１目標点Ｔｓから最終第１目標点Ｔｌまでの移動は、安全車間距離ｄが確保されているので縦追従制御による。

なお、追従車両１が目標地点Ｔｌに移動する場合、直接移動するか、第１目標点Ｔｓを介して間接的に移動するかについて、追従車両１が領域Ｑを通過せずに目標地点Ｔｌに移動可能であれば直接移動し、領域Ｑを通過する場合に間接移動する場合について説明した。
これに対し、判断を容易にするため、次のようにして直接移動と間接移動を決めるようにしてもよい。
すなわち、図４（ａ）に示すように、追従車両１が、先行車両８０の並走する側（図では左側）と反対側に位置している場合には間接移動とする。

そして、追従車両１’が先行車両８０に対して右（並走の反対側）後方に位置している場合、先行車両８０と追従車両１’を結ぶ線と安全車間距離線Ｐとの交点を最初の第１目標点Ｔｓに設定する。すなわち、追従車両１から最も安全車間距離線Ｐに近い点を最初の第１目標点Ｔｓに設定する。

一方、追従車両１が先行車両８０に対して右（並走の反対側）前方に位置している場合、安全車間距離線Ｐ上で、先行車両８０の真横の点を最初の第１目標点Ｔｓに設定する。これにより先行車両８０前方を走行している時間を最小にすることができる。
なお、以上の第１目標点Ｔｓの設定は、追従車両１が先行車両８０の前方で並走する反対側に位置している場合（但し、領域Ｑ内を除く）には、簡易判断か否かに拘わらず全ての場合に適用される。

図４（ｂ）に示すように、追従車両１が安全車間距離線Ｐの内側の領域Ｑに位置している場合、追従車両１の位置に拘わらず全て、追従車両１から最も安全車間距離線Ｐに近い点を最初の第１目標点Ｔｓに設定する。
このように領域内Ｑから第１目標点Ｔｓに移動する場合としては、元々領域Ｑに位置していた追従車両１に並走追従走行が指示された場合と、第２目標地点Ｇを目標点として並走追従走行をしている状態で第２目標点Ｇから所定距離以上離れた場合が該当する。
なお、第１目標地点Ｔｓまでの移動について縦追従走行による場合について説明した（図５で後述するフローチャートも同じ）が、領域Ｑ内にいる追従車両１が第１目標点Ｔｓに移動する場合には、安全車間距離線Ｐの内側なので、この場合に限り並走追従走行としてもよい。

以上の説明では、追従車両１が最終目標地点Ｔｌに直接移動するか間接的に移動するかについて、領域Ｑを通過するか否かによる場合と、先行車両８０の並走側と反対側に位置しているか否かによる場合について説明した。
これに対して、追従車両１のいる位置に拘わらず、第１目標地点Ｔｓを介して間接的に最終目標地点Ｔｌに移動するようにしてもよい。

次に、図５に示すフローチャートに従って、並走追従走行を行う場合の動作の詳細について説明する。
本実施形態では、並走追従に移行する方法及び並走追従の制御に特徴を有しており、縦追従走行については車両の後方に追従する従来の追従走行と同様に行われるため、縦追従走行については説明を省略し、並走追従について説明する。
なお、この動作は追従車両１が常に第１目標地点Ｔｓを介して間接的に最終目標地点Ｔｌに移動する場合の動作である。
本実施形態において、第１目標地点Ｔｓ、最終目標地点Ｔｌ、及び第２目標地点Ｇは、先行車両８０に対する相対的な位置を示すものであるため、先行車両８０の移動に伴って各目標地点も移動することになるが相対的な位置関係においては固定点である。

自車両の操作により、又は先行車両８０からの指令により、並走追従走行が指示されると、追従制御部１２は、直近の（最短距離にある）第１目標地点Ｔｓを決定する（ステップ１０）。
すなわち、追従制御部１２は、先行車両８０の代表点と自車両１の代表点を結んだ線分と、安全車間距離ｄの集合からなる安全車間距離線Ｐ（円または楕円）との交点を算出し、交点を最初の第１目標地点Ｔｓに設定する。
ここでの安全車間距離ｄは、前述したように、収束判定エリアの大きさ（半径ｒ１）も考慮して決定され、ｄ＝ｄ１＋α＋ｒ１である。

次に追従制御部１２は、ステップ１０で設定した第１目標点Ｔｓへの収束制御（詳細は図７で後述する）を行う（ステップ１１）。この第１目標点Ｔｓへの収束制御は、車間距離を重視した縦追従走行による。
そして、追従制御部１２は、第１目標点Ｔｓに収束したか否かを判断する（ステップ１２）。

図６は、収束判定エリアと目標維持判定エリアについて表したものである。
図６に示すように、収束判定エリアは、追従車両１が最終第１目標点Ｔｌ、第１目標点Ｔｓに到達したとみなす領域で、設定した目標点Ｔｌ、Ｔｓを中心とし半径ｒ１内の領域である。
本実施形態において収束判定エリアの半径ｒ１＝０．１ｍに設定されているが、車両の形状や最大車速等に応じて他の値に設定するようにしてもよい。

一方、目標維持判定エリアは、第２目標点Ｇを中心として所定距離ｒ２以内の領域である。
この目標維持判定エリアは、第２目標点Ｇを目標点として並走追従走行をしている状態において、そのまま並走追従走行を維持するか否かを判定する（後述のステップ１６）ための領域であり、エリア内であればそのまま並走追従走行を継続する。
本実施形態において、目標維持判定エリアの半径ｒ２は、例えば目標車間距離ｄ２の６０％に設定される。

なお、この目標維持判定エリア内で、追従車両１が最も先行車両８０に接近した場合には、車両同士が接触する可能性がある大きさに設定されているが、目標維持判定エリア内では後述するように異常接近処理（ステップ１７〜２０）により、接触を回避するようになっている。
このように、異常接近処理により先行車両８０との接触を回避することで、安全車間距離Ｐ内での目標維持判定エリア内を大きく設定することができる。そして、目標維持判定エリア内では、縦追従走行と異なり、追従車両１単独の旋回が制約される並走追従走行を行うので、旋回による接触も有効に回避することができる。

図５に戻り、追従車両１が第１目標点Ｔｓに対する収束判定エリア内に到達していなければ（ステップ１２；Ｎ）、追従制御部１２は、ステップ１１に戻り、第１目標点Ｔｓへの収束制御を継続する。
一方、追従車両１が収束判定エリア内に到達して収束したと判断された場合（ステップ１２；Ｙ）、追従制御部１２は、更に最終第１目標点Ｔｌに収束しているか否かを判断する（ステップ１３）。

最終第１目標点Ｔｓに収束していない場合（ステップ１３；Ｎ）、追従制御部１２は、第１目標点Ｔｓを、安全車間距離線Ｐに沿ってスライドさせた次の第１目標点Ｔｓを決定及び変更し（ステップ１４）、ステップ１１に戻って変更した第１目標点Ｔｓへの収束制御を行う。
なお、追従制御部１２は、「直近の第１目標点Ｔｓ」と「最終第１目標点Ｔｌ」との間を、安全車間距離線Ｐ上で角度（例えば、３０度）で等分した点の中で、現在収束し終えていない点で最も近いものを次の第１目標点Ｔｓに選択する。換言すれば、直近の第１目標点Ｔｓと先行車両８０の特定点（中心点）とを結ぶ線分に対して所定角度θ２をなす最終第１目標点Ｔｌ側の線分と、安全車間距離線Ｐとの交点を次の第１目標点Ｔｓに設定する。

追従車両１が最終第１目標点Ｔｌに対する収束判定エリア内に到達している場合（ステップ１３；Ｙ）、追従制御部１２は、追従制御を縦追従走行から進行方向重視の制御である並走追従走行に切り換え、第２目標点への収束制御（詳細は図８で後述）を行う（ステップ１５）。
そして、追従制御部１２は、追従車両１が第２目標地点に対する目標維持ができているか否かについて、目標維持判定エリア（図６参照）内か否かに基づいて判断する（ステップ１６）。

追従車両１が目標維持判定エリアから外れている場合（ステップ１６；Ｎ）、追従制御部１２は、ステップ１０に戻り、追従走行を縦追従走行に切り換えて再度第１目標点Ｔｓ、最終第１目標点Ｔｌから第２目標点に移動する。

追従車両１が目標維持判定エリア内であれば（ステップ１６；Ｙ）、追従制御部１２は、異常接近処理を行う。
すなわち、追従制御部１２は、追従車両１が先行車両に異常接近しているか否かを判定する（ステップ１７）。この異常接近か否かの判定は、例えば、追従車両１と先行車両８０との対向する側面間距離ｓが所定距離以下（例えば、２０ｃｍ以下）となる場合に異常接近と判断する。なお、横車間距離が、この側面間距離ｓに両車両の車幅の１／２づつを加えた値を車間距離閾値とし、この車間距離閾値以下になった場合に異常接近と判定するようにしてもよい。
また先行車両８０に対して追従車両１が第２目標点Ｇの位置にいる場合の側面間距離をｓＧとした場合に、側面間距離ｓ≦（１／ｘ）ｓＧ（例えば、ｘ＝２、３、…）となった場合に異常接近と判定するようにしてもよい。この場合も、両車両の車幅を考慮した車間距離により判定するようにしてもよい。

追従制御部１２は、異常接近でないと判断した場合（ステップ１７；Ｎ）、第２目標点がＴｌである否かを判断する（ステップ１８）。
第２目標点がＧであれば（ステップ１８；Ｎ）、追従制御部１２はステップ１５に戻り、第２目標地への収束制御を継続することで、並走追従走行を維持する。

一方、異常接近であると判断した場合（ステップ１７；Ｙ）、追従制御部１２は、第２目標点をＧから、安全車間距離Ｐ上に設定した最終第１目標点であるＴｌに変更する（ステップ１９）。このように、追従制御部１２は、追従目標点である第２目標点を先行車両８０からより離れた点に変更することで、異常接近状態を回避する。

そして、ステップ１９において第２目標点をＴｌに変更したことで、追従車両１が先行車両８０から追従目標点Ｔｌに向かって離れ、これにより異常接近が解消されると（ステップ１７；Ｎ）、第２目標点はＴｌに設定されているので（ステップ１８；Ｙ）、追従制御部１２は、第２目標点を元のＧに戻す（ステップ２０）。
そして、追従制御部１２はステップ１５に戻り、第２目標地への収束制御を継続することで、並走追従走行を維持する。

なお、以上説明した、並走追従走行を行う場合の動作は、並走追従走行の指令が解除された場合（追従走行自体の解除の場合と、縦追従制御指令が出た場合）、及び車両が停止（イグニッションオフ）した場合に終了する。

図７は、ステップ１１（図５）における第１目標点Ｔｓへの収束制御の動作を表したフローチャートである。
この第１目標点Ｔｓへの収束制御は、車間距離を重視した縦追従走行における収束制御である。
追従制御部１２は、左右方向の制御ブロック線図（図２（ｂ））の左右フィードバック制御部１２２ａにおける比例定数ＰＴと微分定数ＤＴの値として、ＰＴ＝Ａ１、ＤＴ＝Ａ２を設定する（ステップ１１１）。
ここで、Ａ１、Ａ２は、車間距離ｄ２の維持を重視して実車等で試験を行ない決定された比例定数および微分定数である。

次いで追従制御部１２は、左右フィードバック制御部１２２ａに入力する横偏差ｅＷを取得する（ステップ１１２）。
この横偏差ｅＷは、先行車両相対位置検出部１１により検出された先行車８０に対する追従車両１の相対位置と、先行車両８０との相対位置で決定される追従目標点（第１目標点Ｔｓ、最終第１目標点Ｔｌ）とから、追従制御部で算出された偏差である。
すなわち横偏差ｅＷは、追従目標点から、追従車両１の進行方向に引いた線分までの距離（縦方向距離）である。

次いで追従制御部１２は、横偏差履歴ｅＷｏｌｄを取得する（ステップ１１３）。この横偏差履歴ｅＷｏｌｄは、横偏差ｅＷの１周期前の値である。
そして、追従制御部１２は、第１目標点Ｔｓに収束させるための左右制御指令値ｕを、図２（ｂ）の左右方向制御ブロック線図に従い取得する（ステップ１１４）。
ここで左右制御指令値ｕは横偏差ｅＷ、比例定数ＰＴ、横偏差履歴ｅＷｏｌｄ、及び、微分定数ＤＴの関数（ｕ＝ｆ（ｅＷ，ＰＴ，ｅＷｏｌｄ，ＤＴ））である。
なお、この縦追従制御では、左右フィードフォワード制御部１２２ｂの入力は０である。

図２（ａ）による伝達関数を用いて左右制御指令値ｕを表すと、次の式（１）ようになる。
ｕ＝ＰＴ＊ｅＷ＋ＤＴ＊（ｅＷ−ｅＷｏｌｄ） …（１）

追従制御部１２は、求めた左右制御指令値ｕを目標角速度ｕとして、車両制御部１３に入力し（ステップ１１５）、横偏差履歴ｅＷｏｌｄの値を、横偏差ｅＷに置き換えて（ステップ１１６）、メインルーチン（図５）にリターンする。

次に、第２目標点Ｇへの収束制御（図５ステップ１５）の詳細について説明する。
この第２目標点Ｇへの収束制御は、進行方向を重視した並走追従走行における収束制御である。
図８は、第２目標点Ｇへの収束制御の動作を表したフローチャートである。
追従制御部１２は、左右方向の制御ブロック線図（図２（ｂ））の左右フィードバック制御部１２２ａにおける比例定数ＰＴと微分定数ＤＴの値として、ＰＴ＝Ａ３、ＤＴ＝Ａ４を設定する（ステップ１５１）。
ここで、Ａ３、Ａ４は、進行する方向の維持を重視して実車等で試験を行ない決定された比例定数および微分定数である。

ここで、縦追従走行と並走追従走行における比例定数ＰＴの関係、微分定数ＤＴの関係は、次の通りである。
｜Ａ１｜＜｜Ａ３｜
｜Ａ２｜＜｜Ａ４｜
このように、車間距離を重視した縦追従走行の場合に設定（ステップ１１１）される比例定数ＰＴ、微分定数ＤＴよりも、進行の方向を重視した並走追従走行で設定する比例定数ＰＴ、ＤＴの値を大きくすることで、先行車両８０の急旋回等にも素速く反応することができる。

また追従制御部１２は、左右フィードフォワード制御部１２２ｂ（図２（ｂ））の入力である、先行車両８０の角速度指令値Ｔを取得する（ステップ１５２）。
横偏差ｅＷと、横偏差履歴ｅＷｏｌｄを取得する（ステップ１５３，ステップ１５４）。この両値の取得は、図７のステップ１１２と、ステップ１１３と同様である。

次に追従制御部１２は、第２目標点Ｇに収束させるための左右制御指令値ｕを、図２（ｂ）の左右方向制御ブロック線図に従い取得する（ステップ１５５）。
ここで左右制御指令値ｕは、角速度指令値Ｔ、横偏差ｅＷ、比例定数ＰＴ、１周期前の横偏差ｅＷｏｌｄ、及び、微分定数ＤＴの関数（ｕ＝ｆ（Ｔ，ｅＷ，ＰＴ，ｅＷｏｌｄ，ＤＴ））である。

図２（ａ）による伝達関数を用いて左右制御指令値ｕを表すと、次の式（２）ようになる。
ｕ＝Ｔ＋ＰＴ＊ｅＷ＋ＤＴ＊（ｅＷ−ｅＷｏｌｄ） …（２）

この式（２）では、縦追従走行に対する数式（１）に比べると、フィードフォワード制御の角速度指令値Ｔが加わるとともに、比例定数（ＰＴ＝Ａ３、ＤＴ＝Ａ４）が大きな値となることで、より横方向（旋回）に対する応答が速くなり、先行車両８０の急旋回にも対応することが可能になる。

追従制御部１２は、求めた左右制御指令値ｕを目標角速度ｕとして、車両制御部１３に入力し（ステップ１５６）、横偏差履歴ｅＷｏｌｄの値を、横偏差ｅＷに置き換えて（ステップ１５７）、メインルーチン（図５）にリターンする。

以上説明したように本実施形態によれば、並走追従走行指令に対して、最終的な追従目標点である第２目標点Ｇに直接移動するのではなく、第２目標点Ｇよりも横方向（オフセットしている場合には所定角だけ横後方）に離れた最終第１目標点Ｔｌに移動した後に、第２目標点Ｇに移動する。
そして、最終第１目標点Ｔｌとして、先行車両８０と追従車両１が走行中の非接触を確保できるだけ離れた点で、車両の加速・旋回・制動性能、通信漏れ、制御遅れを基に、安全率を乗ずることで決定した安全車間距離だけ離れた点に設定しているので、先行車両８０に対して安全に並走追従状態に移行することができる。

また、第１目標点Ｔｓを追従目標点として最終第１目標点Ｔｌに到達（収束）するまでは縦追従走行とし、最終第１目標Ｔｌに到達した後は、第２目標点を追従目標点として並走追従走行を行い、第２目標点Ｇに到達した後は並走追従走行を継続する。
そして、縦追従走行では、最終第１目標点Ｔｌが安全車間距離離れた点に設定されているので、追従車両８０との接触を意識せずに、進行方向の距離（車間距離）を重視した縦追従制御行うことで素速く最終第１目標点Ｔｌに移動することができる。
また、最終第１目標点Ｔｌから第２目標点Ｇまでの移動、及び、第２目標点Ｇ到達後の走行（先行車両８０の横に位置する追従走行）では、横方向（旋回）に対する応答が速い並走追従走行としているので、先行車両８０の急旋回に対しても素速く反応することで接触を回避することができる。

また、最終目標地点Ｔｌに到達する場合に、現在位置から最も近い安全車間距離線Ｐ上の点を第１目標点Ｔｓに設定し、縦追従走行で第１目標点Ｔｓを追従目標点として収束させた後、第１目標点Ｔｓを先行車両８０の後方側の安全車間距離線Ｐ上で最終第１目標点に向けて順次スライドさせることで最終的に最終第１目標点Ｔｌに収束させる。
これにより、第１目標地点Ｔｌに素速くかつ安全に移動することが可能になる。

本実施形態の車両（追従車両）の追従制御に関連する構成図である。 追従制御部における追従制御のブロック線図である。 追従車両が先行車両の横に並んで走行する並走追従走行状態に移行する状態を表した説明図である。 先行車両に対して追従車両が特定の位置にいる場合の移動方法についての説明図である。 並走追従走行を行う場合の動作を表したフローチャートである。 収束判定エリアと目標維持判定エリアについて表した説明図である。 第１目標点Ｔｓへの収束制御の動作を表したフローチャートである。 第２目標点Ｇへの収束制御の動作を表したフローチャートである。

符号の説明

１ 追従車両
２ 先行車両代表点
３ 仮想ジョイント
４ 目標点
５ 追従車両代表点
１０ ＥＣＵ
１１ 先行車両相対位置検出部
１２ 追従制御部
１３ 車両制御部
２０ レーザレーダ
３０ 車速センサ
４０ ヨーレートセンサ
５０ 無線通信装置
６０ａ、６０ｂ 駆動モータ
８０ 先行車両

Claims (5)

1. 先行車両に対して追従走行制御を行なう追従制御部を備えた車両であって、
   前記先行車両の横側を並走する並走追従走行を開始する際に、当該先行車両の横側に最終的な追従目標点である第２目標点を設定するとともに、前記第２目標点よりも前記先行車両の外側に最終第１目標点を設定する目標設定手段と、
   を備え、
   前記追従制御部は、前記最終第１目標点を追従目標点として追従し、該最終第１目標点に到達した後に、前記第２目標点を追従目標点として追従するように、追従走行制御を行なう、
   ことを特徴とする車両。
2. 前記追従制御部は、前記最終第１目標点に到達するまでの追従走行制御よりも、前記第２目標点を追従目標として追従する追従走行制御を、旋回に対する反応が速い制御とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両。
3. 前記目標点設定手段は、前記最終第１目標点を、前記先行車両及び自車両の形状に基づいて、当該先行車両から一定距離を確保した安全車間距離だけ離れた点に設定する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両。
4. 前記目標設定手段は、前記最終第１目標点を、前記第２目標点よりも前記先行車両を基準として後方に設定することを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の車両。
5. 前記目標設定手段は、前記先行車両を基準に前記安全車間距離だけ離れた距離上で、現在位置から最短距離にある点を第１目標点に設定し、
   前記追従制御部は、前記第１目標点を追従目標点として追従し、該第１目標点に到達した後に、前記最終第１目標点を追従目標点として追従するように追従走行制御を行なう、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１の請求項に記載の車両。

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