JP5304400B2 - 隊列走行制御システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の車両が隊列を形成するように車両の走行制御を行う隊列走行制御システムに関するものである。

近年では、交通流改善を図り、空気抵抗の低減による燃費向上を図るために、複数の車両を短い車間距離で一列で隊列走行させる技術が注目されている。従来、このような隊列走行の技術として、下記特許文献１に記載のシステムが提案されている。このシステムでは、隊列の各後続車両の各々が、隊列の先頭車両との間の車間距離を制御することで、複数台の車両による隊列走行が実現されている。この方式によれば、隊列の先頭車両が受けた外乱に対しては、各後続車両が素早く応答するので、車間距離の誤差の伝播等もなく、隊列の挙動が乱れにくいと示されている。

特開平１０−１６２２８２号公報

このような隊列走行においては、隊列内に様々な種類の構成車両が混在する場合も考えられる。従って、この種の隊列走行システムにおいては、互いに走行性能が異なる複数の構成車両で隊列が構成される場合にも、各構成車両の走行性能を考慮に含めた走行制御が行われることが好ましい。ところが、上記特許文献１のシステムでは、走行性能が異なる車両が隊列内に混在する状況は考慮されず、このような状況において十分にスムーズな隊列走行を行うことは困難である。

そこで、本発明は、隊列を構成する各車両の走行性能を反映させた走行制御により、スムーズな隊列走行を実現することができる隊列走行制御システムを提供することを目的とする。

本発明の隊列走行制御システムは、複数のｎ台の車両が走行方向に縦一列に並んで隊列を形成するように前記車両の走行制御を行う隊列走行制御システムであって、
前記複数の各車両の走行制御量は、
前からｉ台目の車両と（ｉ＋１）台目の車両との車間誤差をＬ _ｉ とし（但し、ｉ＝１，２，…，ｎ）、
前からｉ台目の車両と（ｉ＋１）台目の車両との相対速度をＶ _ｉ とし、
前からｉ台目の車両の目標走行制御量に関する値をＵ _ｉ とし、
重みをε _Ｌ ，ε _Ｖ ，ε _１ ，ε _２ ，…，ε _ｎ としたときに、下式（Ａ）で表される評価値Ｊを小さくするように決定され、
前記評価値Ｊにおいて、前記各車両の前記目標走行制御量に関する値Ｕ _１ ，Ｕ _２ ，…，Ｕ _ｎ に付けられる各重みε _１ ,ε _２ ,…,ε _ｎ は、それぞれの前記車両の加減速応答性、燃費性能、又は走行抵抗に応じて決定されることを特徴とする。

この隊列走行制御システムによれば、所定の評価値を小さくするように、各車両の走行制御量が決定される。この評価値には、車両ごとにそれぞれ重み付けがされた各車両の目標走行制御量に関する値が含まれている。ここで、それぞれの車両の走行性能に応じて上記重み付けを決定することにより、車両ごとの走行性能が評価値に反映され、ひいては、各車両の走行制御量に反映される。従って、このシステムによれば、隊列を構成する各車両の走行性能を走行制御に反映させることができ、その結果、スムーズな隊列走行を実現することができる。

また、この場合、前記各車両の目標走行制御量に関する値Ｕ _１ ，Ｕ _２ ，…，Ｕ _ｎ は、前記各車両の回生エネルギーに関する値を含むこととしてもよい。この構成によれば、隊列を構成する車両ごとのエネルギー回生能力の相違を、隊列走行制御に反映させることができ、車両のエネルギー回生能力を有効に引き出すことができる。

本発明の隊列走行制御システムによれば、隊列を構成する各車両の走行性能を反映させた走行制御により、スムーズな隊列走行を実現することができる。

図１は、本発明に係る隊列走行制御システムの実施形態を示すブロック図である。 図２は、図１に示す隊列走行制御システムにより実現される隊列走行を示す図である。 図３は、第１実施形態の隊列走行制御システムが隊列走行中に行う処理を示すフローチャートである。 図４は、第３実施形態の隊列走行制御システムが隊列走行中に行う処理を示すフローチャートである。 図５は、第３実施形態の隊列走行制御システムの処理で用いられる重み再設定用マップを示す図である。 図６は、第５実施形態の隊列走行制御システムの処理で用いられる走行抵抗変化率マップを示す図である。 図７は、第５実施形態の隊列走行制御システムが隊列走行中に行う処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る隊列走行制御システムの好適な実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１に示す隊列走行制御システム１は、複数の車両に隊列を組んで走行させるべく、当該複数の車両の各々の走行状態を制御するシステムである。この隊列走行制御システム１により、複数の車両が比較的狭い車間距離で縦一列に並んで走行する隊列走行が実現される。この隊列走行制御システム１では、任意台数の車両で構成される隊列走行を実現することができるが、ここでは、図２に示すように、５台の車両Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３，Ｃ_４，Ｃ_５で隊列走行が行われる場合を例に挙げて説明する。

なお、以下の説明においては、図２に示されるように、隊列の先頭から数えてｎ番目（ｎ＝１，２，…，５）の車両Ｃ_ｎの加速度を「ａ_ｎ」で表し、車両Ｃ_ｎの速度を「Ｖ_ｎ」で表し、車両Ｃ_ｎの加速度指令値を「ｕ_ｎ」で表す。また、車両Ｃ_ｎと車両Ｃ_ｎ＋１との車間誤差を「Ｌ_ｎ」で表す。なお、車間誤差とは、目標車間距離Ｌ_ｔｇｔと現在の車間距離との誤差を意味する。また、隊列の構成車両Ｃ_１〜Ｃ_５のうち、先頭を走行する車両Ｃ_１を「先頭車両」と呼び、これに対して、車両Ｃ_２〜Ｃ_５を総称し「後続車両」と呼ぶ場合がある。

隊列を構成するすべての車両Ｃ_１〜Ｃ_５は、それぞれ１つずつ、以下に説明する隊列走行制御システム１を搭載している。

図１に示すように、隊列走行制御システム１は、車両制御ＥＣＵ(Electronic Control Unit)１０を備えている。車両制御ＥＣＵ１０は、隊列走行制御システム１の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。車両制御ＥＣＵ１０は、情報を一時的又は長期的に保存することが可能な情報記憶部１０ａを有している。情報記憶部１０ａには、自車両の種々の特性を示す車両諸元情報が保存されている。なお、この車両制御ＥＣＵ１０は、後述する所定の演算により車両Ｃ_１〜Ｃ_５の各加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５を算出する演算手段として機能する。

更に、隊列走行制御システム１は、自車両の走行状態を検知するためのセンサ類を備えている。このセンサ類には、前方車間距離センサ２１ａと、後方車間距離センサ２２ａと、車速センサ２３ａと、加速度センサ２４ａとが含まれている。

前方車間距離センサ２１ａは、自車両の直ぐ前方を走行する車両との車間距離を検知することができる。同様に、後方車間距離センサ２２ａは、自車両の直ぐ後方を走行する車両との車間距離を検知することができる。このような前方車間距離センサ２１ａ及び後方車間距離センサ２２ａとしては、例えば、それぞれ車両の前部及び後部にそれぞれ設けられたミリ波レーダが採用される。前方車間距離センサ２１ａで得られる信号は、前方センサＥＣＵ２１で処理され、前方車間距離情報として車両制御ＥＣＵ１０に送信される。同様に、後方車間距離センサ２２ａで得られる信号は、後方センサＥＣＵ２２で処理され、後方車間距離情報として車両制御ＥＣＵ１０に送信される。

車速センサ２３ａは、自車両の速度を検知することができる。車速センサ２３ａとしては、例えば、車輪速を検知する電磁ピックアップセンサが用いられる。車速センサ２３ａで得られる信号は、車速センサＥＣＵ２３で処理され、車速情報として車両制御ＥＣＵ１０に送信される。加速度センサ２４ａとしては、例えば、ガスレートセンサもしくはジャイロセンサが用いられる。加速度センサ２４ａで得られる信号は、加速度センサＥＣＵ２４で処理され、加速度情報として車両制御ＥＣＵ１０に送信される。

なお、前方センサＥＣＵ２１と、後方センサＥＣＵ２２と、車速センサＥＣＵ２３と、加速度センサＥＣＵ２４とは、車両内ネットワークとして構築された通信・センサ系ＣＡＮ２０を介して車両制御ＥＣＵ１０に接続されている。

以上のように、隊列走行制御システム１では、上述のセンサ類により、自車両についての前方車間距離情報と、後方車間距離情報と、車速情報と、加速度情報とが得られる。なお、以下の説明では、前方車間距離情報と、後方車間距離情報と、車速情報と、加速度情報とをまとめて「走行状態情報」という場合がある。

更に、システム１は、自車両の加減速・操舵等の操作を行うべく、エンジン制御ＥＣＵ３１と、ブレーキ制御ＥＣＵ３２と、ステアリング制御ＥＣＵ３３とを備えている。エンジン制御ＥＣＵ３１は、車両制御ＥＣＵ１０から送信される加速度指令値情報を受信し、当該加速度指令値に対応する操作量でスロットルアクチュエータ３１ａ等を操作する。また、ブレーキ制御ＥＣＵ３２は、上記加速度指令値情報を受信し、当該加速度指令値に対応する操作量でブレーキアクチュエータ３２ａ等を操作する。また、ステアリング制御ＥＣＵ３３は、車両制御ＥＣＵ１０から送信される操舵指令値情報を受信し、当該操舵指令値に対応する操作量でステアリングアクチュエータ３３ａ等を操作する。エンジン制御ＥＣＵ３１と、ブレーキ制御ＥＣＵ３２と、ステアリング制御ＥＣＵ３３とは、車両内ネットワークとして構築された制御系ＣＡＮ３０を介して車両制御ＥＣＵ１０に接続されている。

また、隊列走行制御システム１は、隊列の他の構成車両との間で互いの走行状態情報等を交換すべく、無線アンテナ２６ａ及び無線制御ＥＣＵ２６を備えている。隊列内の各車両Ｃ_１〜Ｃ_５は、この無線アンテナ２６ａ及び無線制御ＥＣＵ２６により互いに車車間通信を行い、他の構成車両すべての車両諸元情報、走行状態情報、及び加速度指令値情報を取得すると共に、自車両の車両諸元情報、走行状態情報、及び加速度指令値情報を他車両に送信する。このような車車間通信により、すべての車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車両制御ＥＣＵ１０において、すべての車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車両諸元情報、走行状態情報、及び加速度指令値情報を共有することができる。なお、無線制御ＥＣＵ２６は、前述の通信・センサ系ＣＡＮ２０を介して車両制御ＥＣＵ１０に接続されている。

続いて、この隊列走行制御システム１による隊列走行制御について説明する。

隊列走行制御システム１による隊列走行制御では、車両制御ＥＣＵ１０が各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の各加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５を決定する際に、すべての車両Ｃ_１〜Ｃ_５の走行状態情報等が利用される。具体的には、隊列走行制御システム１では、最適制御（ＬＱ制御）が用いられ、隊列を構成するすべての車両Ｃ_１〜Ｃ_５についての加速度ａ_１〜ａ_５と、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４と、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４と、加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５と、を利用して、加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５が決定される。なお、車両間相対速度は、車両Ｃ_ｎの車速Ｖ_ｎと車両Ｃ_ｎ＋１の車速Ｖ_ｎ＋１との差であるが、車間誤差Ｌ_ｎの時間微分でもあるので、車両間相対速度を、dL_n/dt又はＬ’_ｎで表わす。

ここで、この隊列走行制御システム１が、各後続車両Ｃ_１〜Ｃ_５の加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５を決定するアルゴリズムを説明する。

この隊列走行制御においては、加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５を制御入力とし、加速度ａ_１〜ａ_５と、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４と、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４とを状態量として、車両Ｃ_１〜Ｃ_５の隊列走行を下の状態空間方程式（１・１）で表わす。そして、この状態空間方程式（１・１）で表されるシステムに対して、最適制御（ＬＱ制御）を適用する。

但し、
ｘ ：状態ベクトル、ｘ＝(a₁,L₁,L'₁,a₂,L₂,L'₂,a₃,L₃,L'₃,a₄,L₄,L'₄,a₅)^T
ｕ_ｃ：加速度指令値ベクトル、ｕ_ｃ＝（ｕ_１，ｕ_２，ｕ_３，ｕ_４，ｕ_５）^Ｔ
ｕ_０：先頭車両の目標加速度指令値
ｕ_ｗ：道路勾配や風などの外乱
である。

また、式（１・１）中のＡ，Ｂ_ｃ，Ｂ_０，Ｂ_ｗは、車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車両諸元情報等の諸条件に基づいて適宜決定される行列である。なお、式（１・１）においてｘ等の文字の上のドット（点）は、時間微分を表すものであるが、本文中では、ドットの代わりに、ｘ’等と表す。また、数式の中では、行列、ベクトルを示す文字を太字表示しているが、本文中では太字表示を省略し通常の文字で表す。

このとき、上記の加速度指令値ベクトルｕ_ｃは、フィードバックゲイン行列Ｋを用いて、下式（１・２）で表される。

ここでは、フィードバックゲイン行列Ｋは、１３列×５行の行列である。

そして、状態空間方程式（１・１）で表されるシステムの最適制御（ＬＱ制御）を行うための所望の評価関数Ｊを定めれば、当該評価関数Ｊを最小にするようなフィードバックゲイン行列としてのＬＱ制御ゲインＫ_１が一意に求められる。そして、求められたＬＱ制御ゲインＫ_１を式（１・２）に適用する。そして、ＬＱ制御ゲインＫ_１が適用された式（１・２）において、先頭車の目標加速度指令値ｕ₀をフィードフォワードにセットすると共に、各センサ類からの情報に基づいて得られる状態ベクトルｘを代入することで、評価関数Ｊを最小にするような加速度指令値ベクトルｕ_ｃが求められる。すなわち、評価関数Ｊを最小にするような加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５の組が求められる。

具体的には、式（１・２）に基づいて、ＬＱ制御ゲインＫ_１に含まれる１３×５個の要素を”ｋ”に添字を付けて表せば、

といった演算で、加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５が求められる。

なお、この隊列走行制御で用いられる状態ベクトルｘは、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の各センサ類からの情報に基づいて得られる。すなわち、状態ベクトルｘの加速度ａ_１〜ａ_５は、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の加速度センサ２４ａから得られる各加速度情報に基づいて求められる。また、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４は、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の前方車間距離センサ２１ａ或いは後方車間距離センサ２２ａから得られる各車間距離情報に基づいて求められる。また、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４は、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５車速センサ２３ａから得られる各車速情報に基づいて、前後の車両の車速同士の差を算出することにより求められる。なお、加速度ａ_１〜ａ_５、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４は、他の方法で求めてもよい。例えば、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４は、それぞれ車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４の変化率に基づいて求めてもよい。

続いて、前述の評価関数Ｊについて更に説明する。評価関数Ｊは、下式（１・４）のように表される。

この評価関数Jにおいて、式（１・４）中の車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４に関する項、車両間相対速度dL₁/dt〜dL₄/dtに関する項、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の各加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５に関するそれぞれの項には、それぞれ重み付けの重みε_Ｌ，ε_ｄＬ，ε_ｕ１〜ε_ｕ５が設定されている。すなわち、評価関数Ｊに含まれる重みε_Ｌ，ε_ｄＬ，ε_ｕ１〜ε_ｕ５を配分することで、車間距離の安定性、車両間相対速度の低減、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の加減速の低減（加減速のエネルギー節約）といった要素の隊列走行制御における重要度のバランスが決定される。

ここで、車両Ｃ_１〜Ｃ_５ごとの加減速応答性の相違を考慮すれば、隊列走行制御においては、加減速応答性が良い車両ほど大きい加減速を行い、加減速応答性が悪い車両ほど小さい加減速を行うことが、車間距離の乱れを早くスムーズに制御する観点から好ましい。このような知見に鑑み、上記の重みε_ｕ１〜ε_ｕ５は、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の加減速応答性に応じて配分される。ここで、車両Ｃ_ｎの加速度指令値ｕ_ｎに対する加速度ａ_ｎの応答性を、下式（１・５）のように伝達関数が１／（Ｔ_ｎ・ｓ＋１）で表される一次遅れ系でモデル化すれば、時定数Ｔ_ｎを、車両Ｃ_ｎの加速度応答性を示す応答性パラメータとして採用することができる。

そして、各車両Ｃ_ｎに関する各重みε_ｕｎは、時定数Ｔ_ｎに反比例するように配分され、

とされる。この時定数Ｔ_ｎは、車両ごとに固有のパラメータであり、各車両Ｃ_ｎは、それぞれ自車両の時定数Ｔ_ｎを、車両諸元情報として保有していてもよい。或いは、時定数Ｔ_ｎが、車両Ｃ_ｎの加速度、速度等に依存するものとすれば、各車両Ｃ_ｎは、自車両の現時点の加速度、速度等に対応する自車両の現時点の時定数Ｔ_ｎを導出してもよい。そして、隊列走行制御中においては、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５は、車車間通信により全車両の時定数Ｔ_１〜Ｔ_５を共有することが可能である。

続いて、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の隊列走行制御システム１が上記アルゴリズムに基づいて行う具体的な処理について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。すべての車両Ｃ_１〜Ｃ_５の隊列走行制御システム１の車両制御ＥＣＵ１０は、各々が、以下に説明する処理を並行して行う。

図３に示すように、車両制御ＥＣＵ１０は、車車間通信によって他車両４台分の前方車間距離、後方車間距離、車速、加速度、及び車両諸元情報を取得する（Ｓ１０１）。次に、自車両のセンサ類２１ａ〜２４ａから自車両の前方車間距離、後方車間距離、車速、加速度を取得すると共に、自車両の車両諸元情報を取得する（Ｓ１０３）。これらの処理により、車両制御ＥＣＵ１０は、全車両Ｃ_１〜Ｃ_５分の前方車間距離、後方車間距離、車速、加速度、車両諸元情報を取得することになり、取得したこれらの情報に基づいて、加速度ａ_１〜ａ_５、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４を算出し、状態ベクトルｘを得ることができる。なお、処理Ｓ１０１において取得される他車両の車両諸元情報には各他車両の時定数が含まれており、処理Ｓ１０３において取得される自車両の車両諸元情報には自車両の時定数が含まれている。

続いて、車両制御ＥＣＵ１０は、取得した時定数Ｔ_１〜Ｔ_５に基づいて、式（１・６）の関係から、加速度指令値の重みε_ｕ１〜ε_ｕ５を算出する（Ｓ１０５）。そして車両制御ＥＣＵ１０は、算出された重みε_ｕ１〜ε_ｕ５を前述の式（１・４）に適用して評価関数Ｊを決定し、評価関数Ｊを最小にするＬＱ制御ゲインＫ_１を算出する（Ｓ１２１）。次に、前述の式（１・２）において、先頭車両Ｃ_１の目標加速度指令値ｕ_０がフィードフォワードにセットされ、算出されたＬＱ制御ゲインＫ_１を用いて、状態ベクトルｘに基づいて加速度指令値ベクトルｕ_ｃが算出される（Ｓ１２３）。すなわち、ここでは、加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５の組が求められる。

その後、車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車両制御ＥＣＵ１０は、算出された加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５のうち、自車両の加速度指令値ｕ_ｎ（例えば、自車両が車両Ｃ_３であれば加速度指令値ｕ_３、自車両が車両Ｃ_４であれば加速度指令値ｕ_４）をエンジン制御ＥＣＵ３１及びブレーキ制御ＥＣＵ３２に送信する（Ｓ１２５）。

そして、エンジン制御ＥＣＵ３１は受信した加速度指令値ｕ_ｎに基づいてスロットルアクチュエータ３１ａを操作し、ブレーキ制御ＥＣＵ３２は受信した加速度指令値ｕ_ｎに基づいてブレーキアクチュエータ３２ａを操作することで、自車両の加減速が実現される（Ｓ１２７）。以上のような図３のＳ１０１〜Ｓ１２５の処理が隊列走行中に繰り返される。このような処理により、５台の車両Ｃ_１〜Ｃ_５による隊列走行が達成される。

以上説明した通り、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５が搭載する隊列走行制御システム１は、隊列内のすべての車両Ｃ_１〜Ｃ_５に関する加速度ａ_１〜ａ_５、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４、及び車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’ _４を取得する。そして、取得された加速度ａ_１〜ａ_５、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４、及び車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’ _４を要素とする状態ベクトルｘを用い、ＬＱ制御によって全車両Ｃ_１〜Ｃ_５の加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５の組が決定される。そして、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の隊列走行制御システム１は、決定された加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５のうち、自車両Ｃ_ｎに関する加速度指令値ｕ_ｎを採用し、エンジン制御ＥＣＵ３１、ブレーキ制御ＥＣＵ３２は、加速度指令値ｕ_ｎに基づいてスロットルアクチュエータ３１ａ、ブレーキアクチュエータ３２ａを操作する。

このように、隊列走行制御システム１によれば、車両Ｃ_１〜Ｃ_５の加速度ａ_１〜ａ_５と、車両Ｃ_１〜Ｃ_５の間における車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４と、車両Ｃ_１〜Ｃ_５の間における車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４と、車両Ｃ_１〜Ｃ_５の加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５と、を考慮して隊列走行が制御される。従って、隊列走行中に車両Ｃ_１〜Ｃ_５の何れか１台が受けた外乱に対しても、全車両Ｃ_１〜Ｃ_５が協調して動いて車間を安定させ、スムーズに車間誤差を収束させる。よって、隊列走行制御システム１によれば、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車両間の車間距離や車両間相対速度を乱すような外乱に強い隊列走行を実現することができる。

また、評価関数Ｊにおいては、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４に関する項、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４に関する項、加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５に関する項、各々に配分される重みε_Ｌ，ε_ｄＬ，ε_ｕ１〜ε_ｕ５を、設計者が設定することで、車間距離の安定性、車両間相対速度の低減、及び加減速のエネルギー節約といった事項が所望の配分で重要視される隊列走行制御を実行させることができる。また、加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５に関する重みについては、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５ごとにそれぞれ重みε_ｕ１〜ε_ｕ５が配分されている。そして、この重みε_ｕ１〜ε_ｕ５は、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の加速度応答性に反比例するように配分されている。従って、隊列走行制御においては、加速度応答性が良い車両ほど大きいフィードバックがかかり、加速度応答性が悪い車両ほど小さいフィードバックがかかることになる。このように、隊列走行制御システム１によれば、各構成車両Ｃ_１〜Ｃ_５ごとの加速度応答性の相違を考慮した隊列走行制御が行われ、全車両Ｃ_１〜Ｃ_５が協調して動いて車間を安定させるにあたって、車間距離の乱れをより早くスムーズに制御することが可能になる。

（第２実施形態）
続いて、本発明に係る隊列走行制御システムの第２実施形態として、隊列走行制御システム２０１について説明する。隊列走行制御システム２０１は、図１に示す通り、隊列走行制御システム１と同様の構成を有しているので、隊列走行制御システム２０１の構成についての詳細な説明は省略する。

複数の構成車両からなる隊列の隊列走行制御においては、エネルギー回生能力を有する車両が構成車両の中に含まれる場合もある。このような能力を有する車両として、ここでは、ハイブリッド車を例に挙げて説明する。ハイブリッド車は、減速時に車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換してエネルギー回生を図る制動回生能力を有している。このようなハイブリッド車が隊列内に含まれている場合には、当該ハイブリッド車による回生エネルギーを有効に引き出すことが、隊列走行全体のエネルギー節約の観点から好ましい。そこで、隊列走行制御システム２０１は、構成車両内にハイブリッド車が存在する場合において、前述の隊列走行制御システム１とは異なる処理を行う。以下、隊列の構成車両Ｃ_１〜Ｃ_５のうち、車両Ｃ_３及び車両Ｃ_４がハイブリッド車である場合を例として説明する。

車両Ｃ_３及び車両Ｃ_４がハイブリッド車である場合、隊列走行制御システム２０１においては、前述の隊列走行制御システム１における式（１・４）の評価関数Ｊに代えて、下の式（２・１）で表される評価関数Ｊを用いて隊列走行制御が行われる。

この式（２・１）中で、ｕ_３ｅは、車両Ｃ_３の回生能力においてエネルギーの回生が可能な限界の減速度に対応する加速度指令値（以下、「回生限界指令値」という。）である。そして、（ｕ_３−ｕ_３ｅ）は、車両Ｃ_３において、回生能力を超えて熱エネルギーとして棄てられるエネルギー分の加速度指令値に対応する。同様に、（ｕ_４−ｕ_４ｅ）は、車両Ｃ_４において、回生能力を超えて熱エネルギーとして棄てられるエネルギー分の加速度指令値に対応する。回生限界指令値ｕ_３ｅ，ｕ_４ｅは、それぞれ車両Ｃ_３，Ｃ_４が、車両諸元情報として保有していてもよい。そして、隊列走行制御中においては、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５は、車車間通信により回生限界指令値ｕ_３ｅ，ｕ_４ｅを共有することが可能である。

隊列走行制御システム２０１による隊列走行制御は、式（２・１）に示す評価関数Ｊを用いる点以外は、隊列走行制御システム１の制御（図３参照）と同様であるので、重複する詳細な説明を省略する。

このような評価関数Ｊを用いることで、隊列走行制御システム２０１による隊列走行制御では、ハイブリッド車Ｃ_３，Ｃ_４のエネルギー回生可能な限界を超える加減速が少なくなるような制御が行われる。従って、隊列走行制御システム２０１によれば、隊列に含まれるハイブリッド車の回生エネルギーをより大きく有効に引き出すことができ、隊列走行全体のエネルギー節約を図ることができる。

なお、ここでは、車両Ｃ_３及びＣ_４がハイブリッド車である場合を例に説明したが、隊列中に他の組み合わせでハイブリッド車が含まれている場合、或いは、隊列の構成車両すべてがハイブリッド車である場合にも、この例に倣った評価関数Ｊを用いて、同様の制御が可能である。すなわち、上式（２・１）を一般化すれば、評価関数Ｊは下式（２・２）で表される。

非ハイブリッド車は制動回生能力がゼロであるので、この式（２・２）において、非ハイブリッド車Ｃ_ｎに対応する回生限界指令値ｕ_ｎｅはゼロとすればよい。例えば、式（２・２）において、非ハイブリッド車Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_５の各回生限界指令値ｕ_１ｅ，ｕ_２ｅｕ_５ｅをゼロとしたものが、上式（２・１）となる。

（第３実施形態）
続いて、本発明に係る隊列走行制御システムの第３実施形態として、隊列走行制御システム３０１について説明する。隊列走行制御システム３０１は、図１に示す通り、隊列走行制御システム１と同様の構成を有しているので、隊列走行制御システム３０１の構成についての詳細な説明は省略する。

前述の隊列走行制御システム２０１で用いられる評価関数Ｊ（式（２・２））では、回生能力を超えて棄てられるエネルギー分を示す項が、数式上で（ｕ_ｎ−ｕ_ｎｅ）^２として表される。本来は、ハイブリッド車の回生能力を超える大きな減速度を抑えることが望まれるところ、式（２・２）のような表現の評価関数Ｊでは、ハイブリッド車の大きな減速だけではなく、大きな加速も抑えられることになり、本来の目的には合わない制御が一部発生することになる。

そこで、本実施形態の隊列走行制御システム３０１では、ハイブリッド車の回生能力を超える減速度の要求を排除すべく、次のような隊列走行制御が行われる。すなわち、各車両の加速度指令値が一旦算出され、このうちハイブリッド車両の加速度指令値が当該ハイブリッド車両のエネルギー回生能力を超える減速を示す場合には、算出された当該車両の加速度指令値に基づいて重み付けを変更し、各車両の加速度指令値の算出を再度行う。以下、隊列の構成車両Ｃ_１〜Ｃ_５のうち、車両Ｃ_３及び車両Ｃ_４がハイブリッド車である場合を例として、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の隊列走行制御システム３０１の具体的な処理について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。すべての車両Ｃ_１〜Ｃ_５の隊列走行制御システム３０１の車両制御ＥＣＵ１０は、各々が、以下に説明する処理を並行して行う。

まず、図４に示すように、車両制御ＥＣＵ１０は、隊列走行制御システム１と同様の処理Ｓ１０１，Ｓ１０３，Ｓ１０５，Ｓ１２１，Ｓ１２３によって、暫定的に、加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５を算出する。ここでは、処理Ｓ１０１において取得される他車両の車両諸元情報には各他車両の回生限界指令値が含まれており、処理Ｓ１０３において取得される自車両の車両諸元情報には自車両の回生限界指令値が含まれている。なおここでは、前述の通り、非ハイブリッド車Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_５の各回生限界指令値ｕ_１，ｕ_２，ｕ_５は、ゼロとして得られる。また、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車両諸元情報には、自車両がハイブリッド車であるか否かを示す情報が含まれており、この情報は車車間通信によって全車両Ｃ_１〜Ｃ_５に共有される。

次に、暫定的に算出された加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５のうち、ハイブリッド車Ｃ_３，Ｃ_４の加速度指令値ｕ_３，ｕ_４が、それぞれの回生限界指令値ｕ_３ｅ，ｕ_４ｅを超える減速度であるか否かが判定される。すなわち、加速度指令値ｕ_３と回生限界指令値ｕ_３ｅとが大小比較され、加速度指令値ｕ_４と回生限界指令値ｕ_４ｅとが大小比較される（Ｓ３３１）。ここで、ｕ_３＜ｕ_３ｅ又はｕ_４＜ｕ_４ｅが成立する場合（Ｓ３３１でＹｅｓ）、ハイブリッド車Ｃ_３，Ｃ_４の少なくとも何れか一方において、回生能力を超えるような大きな減速が要求されることを意味する。従って、この場合には、以下の処理Ｓ３３３〜Ｓ３３７によって、加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５の算出を再度やり直す。

車両制御ＥＣＵ１０は、回生能力を超えるような大きな減速が要求されたハイブリッド車（ここでは車両Ｃ_３とする）について、図５に例示するような重み再設定用マップを参照し、暫定的な加速度指令値ｕ_３に対応する重みを、新たな重みε_{ｕ３＿ｒｅ}とする（Ｓ３３３）。重み再設定用マップは、前述のように暫定的に算出された加速度指令値ｕ_３と、再設定すべき新たな重みε_ｕ３と、を関連付けたマップであり、図５に示されるように、暫定的に算出された加速度指令値ｕ_３が小さいほど（すなわち、要求された減速度が大きいほど）、新たな重みε_{ｕ３＿ｒｅ}が大きくなるように設定されている。重み再設定用マップは、例えば、車両Ｃ_３の車両諸元情報に含まれ、車車間通信によって全車両Ｃ_１〜Ｃ_５で共有することができる。そして、式（１・４）においてε_ｕ３＝ε_{ｕ３＿ｒｅ}とすることにより、新たな評価関数Ｊを再設定する。

そして車両制御ＥＣＵ１０は、再設定された評価関数Ｊを最小にするＬＱ制御ゲイン行列Ｋ_３を算出する（Ｓ３３５）。次に、前述の式（１・２）において、先頭車両Ｃ_１の目標加速度指令値ｕ_０がフィードフォワードにセットされ、算出されたＬＱ制御ゲイン行列Ｋ_３を用いて、再び、状態ベクトルｘに基づいて加速度指令値ベクトルｕ_ｃが算出される（Ｓ３３７）。すなわち、新たな重みに基づく加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５の組が求められる。その後、車両制御ＥＣＵ１０は、隊列走行制御システム１と同様の処理Ｓ１２５，Ｓ１２７を行うことによって、自車両の加減速が実現される。

一方、前述の処理Ｓ３３１において、ｕ_３＜ｕ_３ｅ又はｕ_４＜ｕ_４ｅが成立しない場合（Ｓ３３１でＮｏ）、ハイブリッド車Ｃ_３，Ｃ_４には、回生能力を超えるような大きな減速は要求されていないことを意味する。従って、この場合には、処理Ｓ１２３で暫定的に算出された加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５が採用されて、処理Ｓ１２５，Ｓ１２７が行われる。

以上のような図４の処理が隊列走行中に繰り返されることで、５台の車両Ｃ_１〜Ｃ_５による隊列走行が達成される。

この隊列走行制御システム３０１によれば、隊列内のハイブリッド車について、回生限界指令値よりも大きい減速度を示す加速度指令値が算出された場合には、評価関数Ｊにおける重みを再設定して、加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５の算出を再度やり直すこととしている。従って、ハイブリッド車に対してエネルギー回生可能な限界を超える減速度が要求されることが少なくなる。その結果、隊列走行制御システム２０１によれば、隊列に含まれるハイブリッド車の回生エネルギーをより大きく有効に引き出すことができ、隊列走行全体のエネルギー節約を図ることができる。また、この方式によれば、ハイブリッド車に加速が要求される場合には、加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５の算出のやり直しは行われないので、ハイブリッド車の減速時のエネルギー回生を有効に引き出すといった本来の目的に合わせた制御が可能である。

なお、ここでは、車両Ｃ_３及びＣ_４がハイブリッド車である場合を例に説明したが、隊列中に他の組み合わせでハイブリッド車が含まれている場合、或いは、隊列の構成車両すべてがハイブリッド車である場合にも、この例に倣った同様の制御が可能である。

（第４実施形態）
続いて、本発明に係る隊列走行制御システムの第４実施形態として、隊列走行制御システム４０１について説明する。隊列走行制御システム４０１は、図１に示す通り、隊列走行制御システム１と同様の構成を有しているので、隊列走行制御システム４０１の構成についての詳細な説明は省略する。

隊列走行においては、通常は、各構成車両ごとに燃費性能が相違する。ここで、加速に関連する車両の燃費性能として、「車両が単位加速度・単位時間あたりに必要とする燃料の量」で定義される「加速燃費」という指標を考える。加速燃費の単位は、例えば、〔Ｌ／（ｍ／Ｓ^３）〕となる。隊列走行制御においては、加速燃費が良い車両ほど大きく頻繁な加減速を行い、加速燃費が悪い車両ほど小さい加減速を行うことが、隊列走行全体としての燃費向上の観点から好ましい。このような知見に鑑み、隊列走行制御システム４０１は、前述の式（１・４）の評価関数Ｊにおける重みε_ｕｎが、各車両Ｃ_ｎの加速燃費性能に応じて配分される点において、隊列走行制御システム１と相違する。

以下、５台の車両Ｃ_１〜Ｃ_５で隊列走行が行われる場合を例に挙げて説明する。隊列走行制御システム４０１では、車両Ｃ_ｎの加速燃費をＥ_ｎとすれば、評価関数Ｊにおける各車両Ｃ_ｎに関する各重みε_ｕｎは、加速燃費に比例するように配分され、

とされる。この加速燃費Ｅ_ｎは、車両ごとに固有のパラメータであり、各車両Ｃ_ｎは、それぞれ自車両の加速燃費Ｅ_ｎを、車両諸元情報として保有していてもよい。或いは、加速燃費Ｅ_ｎが、車両Ｃ_ｎの加速度、速度等に依存するものとすれば、各車両Ｃ_ｎは、自車両の現時点の加速度、速度等に基づいて自車両の現時点の加速燃費Ｅ_ｎを導出してもよい。そして、隊列走行制御中においては、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５は、車車間通信により、全車両の現時点の加速燃費Ｅ_１〜Ｅ_５を共有することが可能である。

隊列走行制御システム４０１による隊列走行制御は、式（４・１）に示すように加速燃費Ｅ_１〜Ｅ_５から重みε_ｕ１〜ε_ｕ５が配分され評価関数Ｊが決定される点以外は、隊列走行制御システム１の制御（図３参照）と同様であるので、重複する詳細な説明を省略する。

このような重みの配分がなされた評価関数Ｊを用いることで、隊列走行制御システム４０１による隊列走行制御においては、加速燃費が良い車両ほど大きいフィードバックがかかり、加速燃費が悪い車両ほど小さいフィードバックがかかることになる。このように、隊列走行制御システム４０１によれば、各構成車両Ｃ_１〜Ｃ_５ごとの燃費性能の相違を考慮した隊列走行制御が行われ、隊列走行全体としての燃費を向上させることができる。

（第５実施形態）
続いて、本発明に係る隊列走行制御システムの第５実施形態として、隊列走行制御システム５０１について説明する。隊列走行制御システム５０１は、図１に示す通り、隊列走行制御システム１と同様の構成を有しているので、隊列走行制御システム５０１の構成についての詳細な説明は省略する。

隊列走行においては、隊列内における順位（隊列内の何番目を走行しているか）、車間距離、車速に応じて、各構成車両ごとに走行抵抗（主に空気抵抗）が相違する。そして、隊列走行制御においては、走行抵抗が小さい車両ほど大きく頻繁な加減速を行い、走行抵抗が大きい車両ほど小さい加減速を行うことが、隊列走行全体としての燃費向上の観点から好ましい。このような知見に鑑み、隊列走行制御システム５０１は、前述の式（１・４）の評価関数Ｊにおける重みε_ｕｎが、各車両Ｃ_ｎの走行抵抗に応じて配分される点において、隊列走行制御システム１と相違する。

以下、先頭車Ｃ_１、中間車Ｃ_２、後尾車Ｃ_３の３台の構成車両で隊列走行が行われる場合を例に挙げて説明する。この場合の評価関数は、下式（５・１）で表される。

この隊列走行制御システム５０１では、車両Ｃ_ｎにおける走行抵抗変化率をｒ_ｎとすれば、評価関数Ｊにおける各車両Ｃ_ｎに関する各重みε_ｕｎは、現時点の走行抵抗変化率ｒ_ｎに比例するように配分され、

とされる。車両Ｃ_ｎの走行抵抗変化率ｒ_ｎとは、走行中の当該車両Ｃ_ｎに生じる走行抵抗と、同じ車速で当該車両Ｃ_ｎが単独で走行した場合に生じる走行抵抗との比の値である。

各車両Ｃ_ｎは、自車両の走行抵抗変化率を導出すべく、図６に例示するように、車間と、隊列内の順位と、走行抵抗変化率ｒとを関連づけた走行抵抗変化率マップを、各車速ごとに準備し保有している。図６に示されるように、隊列走行時には、単独走行時に比べて各車両に生じる空気抵抗が低下することから、隊列走行時における走行抵抗変化率ｒは、１．０以下の値を示す。また、隊列走行の車速が同じであれば、隊列走行の車間が小さくなるほど走行抵抗変化率ｒは低下する。また、車両の隊列内における順位によっても走行抵抗変化率が異なり、走行抵抗変化率の大きさは、先頭車Ｃ_１、後尾車Ｃ_３、中間車Ｃ_２の順になる。

各車両Ｃ_ｎの現時点の走行抵抗変化率ｒ_ｎは、以下のように導出される。まず、車両Ｃ_ｎの車両制御ＥＣＵ１０は、現時点の自車両の車速に対応する走行抵抗変化率マップを読み出す。そして、隊列内における自車両の順位及び現時点の前方車間距離に対応する走行抵抗変化率ｒを、自車両の現時点の走行抵抗変化率ｒ_ｎとする。隊列走行制御中においては、各車両Ｃ_１〜Ｃ_３は、車車間通信により、全車両の現時点の走行抵抗変化率ｒ_１〜ｒ_３を共有することが可能である。

自車両の順位は、例えば、車車間通信で共有される各車両Ｃ_１〜Ｃ_３の現時点の位置を比較して導出することができる。この場合、各車両Ｃ_１〜Ｃ_３は、自車両の現時点の位置を取得するために、ＧＰＳ装置等の自車両位置検知手段を備えてもよい。なお、走行抵抗変化率マップに代えて、各車両Ｃ_ｎは、自車両の走行抵抗変化率ｒ_ｎを、隊列内の順位と、自車両前方の車間と、車速との関数として表し、当該関数に基づいて自車両の現時点の走行抵抗変化率を導出してもよい。隊列走行制御中においては、各車両Ｃ_１〜Ｃ_３は、車車間通信により、全車両の現時点の走行抵抗変化率ｒ_１〜ｒ_３を共有することが可能である。

続いて、各車両Ｃ_１〜Ｃ_３の隊列走行制御システム５０１の具体的な処理について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。すべての車両Ｃ_１〜Ｃ_３の隊列走行制御システム１の車両制御ＥＣＵ１０は、各々が、以下に説明する処理を並行して行う。

まず、図７に示すように、車両制御ＥＣＵ１０は、隊列走行制御システム１と同様の処理Ｓ１０１，Ｓ１０３を行う。ここでは、処理Ｓ１０１において取得される他車両の車両諸元情報には各他車両の走行抵抗変化率が含まれており、処理Ｓ１０３において取得される自車両の車両諸元情報には自車両の走行抵抗変化率が含まれている。処理S１０１，Ｓ１０３により、状態ベクトルｘと走行抵抗変化率ｒ_１〜ｒ_３とが取得される。

続いて、車両制御ＥＣＵ１０は、取得した走行抵抗変化率ｒ_１〜ｒ_３に基づいて、式（５・２）の関係から、評価関数Ｊにおける加速度指令値の重みε_ｕ１〜ε_ｕ３を算出する（Ｓ５０５）。そして車両制御ＥＣＵ１０は、算出された重みε_ｕ１〜ε_ｕ３を前述の式（５・１）に適用して評価関数Ｊを決定し、評価関数Ｊを最小にするＬＱ制御ゲインＫ_５を算出する（Ｓ５２１）。次に、算出されたＬＱ制御ゲインＫ_５を用いて、状態ベクトルｘに基づいて加速度指令値ベクトルｕ_ｃが算出される（Ｓ５２３）。すなわち、ここでは、加速度指令値ｕ_１〜ｕ_３の組が求められる。その後、車両制御ＥＣＵ１０は、隊列走行制御システム１と同様の処理Ｓ１２５，Ｓ１２７を行うことによって、自車両の加減速が実現される。

以上のような図７の処理が隊列走行中に繰り返されることで、３台の車両Ｃ_１〜Ｃ_３による隊列走行が達成される。

このような重みの配分による評価関数Ｊを用いることで、隊列走行制御システム５０１による隊列走行制御においては、走行抵抗が小さい車両ほど大きいフィードバックがかかり、走行車両が大きい車両ほど小さいフィードバックがかかることになる。このように、隊列走行制御システム５０１によれば、各構成車両Ｃ_１〜Ｃ_３ごとの走行抵抗の相違を考慮した隊列走行制御が行われ、隊列走行全体としての燃費を向上させることができる。

本発明は上述した第１〜第５実施形態に限定されるものではない。例えば、第１〜第５実施形態では、各車両がそれぞれ備える各隊列走行制御システムが、それぞれ独立して重複する演算処理を並行して行うようにしているが、構成車両のうちの何れか１台の車両の隊列走行制御システムが上記演算処理を行って全車両についての加速度指令値を算出した後、車車間通信により演算結果を各他車両に配信するようにしてもよい。但し、各車両が備える各隊列走行制御システムが、それぞれ独立して演算処理を行う方式は、車車間通信分の遅れが発生しない点で優れている。また、各車両が備える各隊列走行制御システムが、それぞれ独立して演算処理を行うと共に、車車間通信により互いに演算結果を交換し、演算結果のクロスチェックを行うようにしてもよい。

また、第１〜第５実施形態では、３台の車両或いは５台の車両で隊列走行が行われる場合を例として説明しているが、第１〜第５実施形態における隊列走行制御に倣えば、３台や５台に限られず任意台数の車両による隊列走行が実現できることは明白である。

本発明は、複数の車両が隊列を形成するように車両の走行制御を行う隊列走行制御システムに関するものであり、隊列を構成する各車両の走行性能を反映させた走行制御により、スムーズな隊列走行を実現するものである。

１，２０１，３０１，４０１，５０１…隊列走行制御システム、Ｃ_１〜Ｃ_５…車両、dL₁/dt〜dL₄/dt，Ｌ’１〜Ｌ’４…相対速度（相対関係）、Ｅ_１〜Ｅ_５…加速燃費、Ｊ…評価関数、Ｌ_１〜Ｌ_４…車間誤差（相対関係）、Ｔ_１〜Ｔ_５…時定数（加速度応答性）、ｒ_１〜ｒ_５…走行抵抗変化率（走行抵抗）、ｕ_１〜ｕ_５…加速度指令値（走行制御量）、ｕ_１ｅ〜ｕ_５ｅ…回生限界指令値（回生エネルギーに関する値）、ε_ｕ１〜ε_ｕ５…重み。

Claims (2)

1. 複数のｎ台の車両が走行方向に縦一列に並んで隊列を形成するように前記車両の走行制御を行う隊列走行制御システムであって、
   前記複数の各車両の走行制御量は、
   前からｉ台目の車両と（ｉ＋１）台目の車両との車間誤差をＬ _ｉ とし（但し、ｉ＝１，２，…，ｎ）、
   前からｉ台目の車両と（ｉ＋１）台目の車両との相対速度をＶ _ｉ とし、
   前からｉ台目の車両の目標走行制御量に関する値をＵ _ｉ とし、
   重みをε _Ｌ ，ε _Ｖ ，ε _１ ，ε _２ ，…，ε _ｎ としたときに、下式（Ａ）で表される評価値Ｊを小さくするように決定され、
   前記評価値Ｊにおいて、前記各車両の前記目標走行制御量に関する値Ｕ _１ ，Ｕ _２ ，…，Ｕ _ｎ に付けられる各重みε _１ ,ε _２ ,…,ε _ｎ は、それぞれの前記車両の加減速応答性、燃費性能、又は走行抵抗に応じて決定されることを特徴とする隊列走行制御システム。
   

   
2. 前記各車両の目標走行制御量に関する値Ｕ _１ ，Ｕ _２ ，…，Ｕ _ｎ は、
   前記各車両の回生エネルギーに関する値を含むことを特徴とする請求項１に記載の隊列走行制御システム。
   

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