JP5494332B2 - 車両制御システム - Google Patents

Description

本発明は、自車の周辺を走行している他車との関係に基づいて走行させる車両制御システムに関する。

従来、この種の車両制御システムに関して例えば下記の特許文献１及び２に開示されている。その特許文献１には、車群内の或る車両の目標速度や目標加減速度に基づいて車群内の他車の目標速度や目標加減速度を設定し、その設定された目標速度や目標加減速度を他車に通信で送信して当該目標速度や目標加減速度となるように当該他車を走行制御させる車間制御に関する技術が開示されている。また、その特許文献２には、少なくとも２台の車両間で車車間通信を行い、受信した他車の目標加速度に基づいて自車の走行制御を行う車間制御に関する技術が開示されている。

特開２００８−０５９０９４号公報 特開昭６３−０９８７０６号公報

ところで、車両においては、目標車両加速度等の制御目標値に対する実際の出力値の制御応答特性が存在しており、その制御目標値となるよう制御指令を行ってから実際に出力されるまでに応答遅れが生じる。これが為、他車の制御目標値に基づいて自車を走行制御しても、これらの車両間においては、その制御目標値に対しての制御応答特性の存在によって、適切な車両間での走行制御が行えない可能性がある。例えば、上記の車間制御においては、先行車両の実際の車両加速度や車速に対して後続車両の目標車両加速度や目標車速が真に望む制御目標値からずれてしまい、後続車両の先行車両に対する追従性能が低下してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、他車との関係における自車の走行制御の制御精度の向上が可能な車両制御システムを提供することを、その目的とする。

上記目的を達成する為、本発明は、他車の情報を車外から受信する通信装置が自車に設けられ、前記他車の走行制御に係る制御目標値を自車の前記通信装置を介して取得し、該取得した前記他車の前記制御目標値と当該制御目標値に対する実際の出力の測定値とに基づいて、前記他車の前記制御目標値に対しての制御応答を示す伝達関数に関する情報を自車で演算し、前記他車の前記伝達関数に関する情報と当該他車の前記制御目標値とに基づいて自車の走行制御を行うことを特徴としている。

ここで、前記実際の出力の測定値は、前記他車が測定したものを自車の前記通信装置を介して取得してもよく又は自車で測定してもよい。

また、前記自車の走行制御の実行時には、前記通信装置を介して取得した前記他車の仕様情報も利用してもよい。

また、前記他車の前記伝達関数に関する情報を自車の前記通信装置を介して取得し、該取得した前記他車の前記伝達関数に関する情報と自車で演算した前記他車の前記伝達関数に関する情報とを比較して、該それぞれの伝達関数に関する情報が違う値を示す場合、自車で演算した前記他車の前記伝達関数に関する情報を用いて前記自車の走行制御を行い、前記それぞれの伝達関数に関する情報が同じ値を示す場合、前記通信装置を介して取得した前記他車の前記伝達関数に関する情報を用いて前記自車の走行制御を行えばよい。

また、自車の前記伝達関数に関する情報も考慮に入れて自車が前記走行制御を行う際の制御目標値を設定することが望ましい。

例えば、前記伝達関数に関する情報は、時定数であることが望ましい。

本発明に係る車両制御システムは、他車の走行制御に係る制御目標値に対しての制御応答特性を示す伝達関数に関する情報を用いて自車の走行制御を行う。これが為、自車においては、その他車の制御目標値に対する実際の出力を精度良く知ることができるので、他車との関係における自車の走行制御の制御精度が向上する。

図１は、本発明に係る車両制御システムの構成を示す図である。 図２は、ＬＱ制御について説明する図である。

以下に、本発明に係る車両制御システムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

［実施例］
本発明に係る車両制御システムの実施例を図１及び図２に基づいて説明する。

本実施例の車両制御システムは、無線通信を利用して周辺の夫々の車両間で車両の情報を送受信し、その各車両が共有する自車と他車の情報を用いた当該各車両間での走行制御の実行を可能にするものである。ここでは走行制御として複数の車両間での車間制御を例に挙げるので、この車両制御システムは、下記の車間自動制御システムに適用されるものとして例示する。本システムは、図１に示す構成要素を車両に搭載することで実現させる。その図１に示す構成要素は、本システムにおける自車と周辺の他車（例えば先行車両と後続車両）の双方に共通して搭載されるものとして例示する。本システムの制御動作は、図１に示す制御装置（ＥＣＵ）１０に実行させる。

車間自動制御システムは、設定した目標車間距離や目標車間時間となるように車間の制御を行う所謂ＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）と云われるものである。この車間自動制御システムは、その目標車間距離や目標車間時間となるように車間を詰めさせることで、後続車両の空気抵抗の低減が可能になるので、その後続車両の燃費を向上させることができる。また、この車間自動制御システムは、車間を詰めさせることで道路上の或る地点における単位時間内の通過車両の台数（所謂交通容量）を増加させることができるので、渋滞の緩和にも役立つ。

ここで例示する車間自動制御システムの車間制御とは、先行する目の前の１台の車両に追従走行する際又は後続の１台の車両に追従走行される際の２台の車両間の車間制御のみならず、複数台の車両が一群の隊列（車群）を成して先行車両に追従しながら又は後続車両に追従されながら隊列走行する際の夫々の車両間の車間制御を含む。

この車間自動制御システムにおいては、自動車向けの無線通信技術を利用して車両間で当該車両における各種情報の授受を行い、その情報又は当該情報における車間制御必要情報に基づいて車間制御の制御目標値を設定する。そして、この車間自動制御システムでは、その制御目標値に応じた車両制御を実行し、車間を制御目標値の１つである目標車間距離（目標車間時間）へと制御する。つまり、この車間自動制御システムにおいては、情報通信型の車間制御（ＡＣＣ）が実行される。

制御装置１０には、その自動車向けの無線通信を行う通信装置２０が接続される。この通信装置２０は、制御装置１０に制御され、車間自動制御システムにおいて車両間で受け渡しされる下記の各種情報（識別情報、走行情報、制御目標値情報、運転者による操作情報、車両の仕様情報、通信規格情報、走行環境情報等）をアンテナ２１から送信する。

その自動車向けの無線通信については、次の様な形態がある。例えば、この種の無線通信には、車両間で直接情報の授受を行うものや、車両間で車外に敷設された通信施設を介して間接的に情報の授受を行うものがある。前者の無線通信としては、車両同士が直接情報をやりとりする車車間通信がある。一方、後者の無線通信としては、車外に敷設された通信施設（路側機）を介して車両同士が情報のやりとりを行う車路車間通信、車外に敷設された通信施設（情報センタ等の基地局）を介するインターネット等の通信インフラを利用して車両同士が情報のやりとりを行うものがある。情報の授受が直接であると間接であるとに拘わらず、隊列走行時には、直前の先行車両だけでなく、それ以外の車群内における他の先行車両も、そして、直後の後続車両だけでなく、それ以外の車群内における他の後続車両も通信相手となり得る。

上記の車路車間通信は、車両の通信装置２０と車外に敷設された通信施設（路側機）とが情報をやりとりする路車間通信の応用例である。その路車間通信は、例えば前方の混雑状況や信号の状態等の情報を車両が受け取る際にも利用される。

車両間で受け渡しされる各種情報としては、例えば、識別情報、走行情報、制御目標値情報、運転者による操作情報、車両の仕様情報、通信規格情報、走行環境情報等がある。そして、車両には、その各種情報を得る為の検出装置等が搭載されている。その検出装置等で得られた情報（検出信号等）は、制御装置１０に送られる。

識別情報とは、情報の送信元を特定及び識別する為の情報のことである。この車間自動制御システムにおいては、車両そのものを特定及び識別する為の車両識別情報が予め車両に設定されている。尚、その車両識別情報は、通信を行う際に付与してもよい。また、隊列走行時には、その車群を特定及び識別する為の車群識別情報も付与される。この車群識別情報は、例えば隊列走行開始時に、その車群に属する各車両の内の何れか（例えば先頭車）の制御装置１０が設定し、夫々の車両に対して無線通信を介して付与する。ここで、隊列走行時には、車両の増加や離脱等によって車群の所属車両が変化することがある。これが為、この車間自動制御システムにおいては、その変化が生じた際に新たな車群識別情報を再付与させてもよい。また、これに替えて、車両の増加時には、新規加入車両に対して既存の車群識別情報を付与するようにしてもよい。一方、車両の離脱時には、離脱車両の保持している車群識別情報を当該車両の制御装置１０が削除する。

走行情報とは、自車の走行時における測定情報又は推定情報のことである。例えば、この走行情報には、自車の現在位置情報や進行方向情報がある。現在位置情報は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）による測定情報を利用すればよい。また、進行方向情報は、例えばＧＰＳによる測定情報の変移から推定してもよく、下記のウィンカ操作方向やステアリング操舵角の情報に基づいて推定してもよい。これら現在位置情報や進行方向情報については、ＧＰＳによる測定情報と共にカーナビゲーションシステムの地図情報を併用してもよい。更に、走行情報には、自車の車速情報、自車の車両加速度情報（車両減速度情報）、自車の車両横加速度情報、自車のジャーク情報、自車のヨーレート情報、自車のピッチ角情報、自車のロール角情報がある。これらの走行情報は、自車に搭載されている車速センサや加速度センサ等の各種センサの検出値に基づいて得られる情報である。

制御目標値情報とは、他車との間で車間制御を行う際に必要な自車の制御目標値の情報のことである。この制御目標値情報には、前述した目標車間距離や目標車間時間の情報と、この目標車間距離や目標車間時間を実現させる為に設定する自車の目標車速、目標車両加速度又は目標車両減速度（以下、「目標車両加減速度」という。）、目標ジャークや駆動源の目標駆動力等の情報と、がある。制御装置１０は、受信した他車の情報等に基づいて、この車間制御に係る制御目標値の設定を行う。

運転者による操作情報には、運転者による自車の入力機器に対する操作量の情報及び当該入力機器に対する操作の有無の情報がある。前者の操作量の情報とは、アクセルペダルに対するアクセル操作量（アクセル開度等）の情報、ブレーキペダルに対するブレーキ操作量（ブレーキ踏力等）の情報、ウィンカスイッチに対する左右何れかへの操作方向の情報、ステアリングホイールに対するステアリング操舵角の情報、ヘッドライトスイッチに対する操作状態の情報（ヘッドライトがハイビームなのか、ロービームなのか、スモールなのかの情報）などである。一方、後者の操作の有無の情報とは、ブレーキ操作の有無（ブレーキランプスイッチのＯＮ／ＯＦＦ）の情報、ウィンカスイッチ操作の有無の情報、ヘッドライトスイッチ操作の有無の情報、ワイパースイッチ操作の有無の情報、その他、空気調和機や音響機器等に対するスイッチ操作の有無の情報などである。

車両の仕様情報には、車種やメーカーの情報が含まれている。ここで、その車種やメーカーの情報は、上述した車両識別情報に含めてもよい。これが為、その車種やメーカーの情報のみを利用するのであれば、車両の仕様情報又は車両識別情報の内のどちらか一方のみを参照させるようにしてもよい。この車両の仕様情報には、予め車両の設計値として決まっている情報だけでなく、頻繁に変わることのない情報も含む。例えば、この仕様情報とは、車両重量、最大車両制動力（最大車両減速度：路面摩擦係数に依存）、最大加速力（最大車両加速度）、最大ジャーク、車両応答特性情報、各種アクチュエータの応答性（制御指令に対する反応速度）、装備等の情報のことである。アクチュエータとは、ブレーキアクチュエータ、スロットルアクチュエータ、変速機のアクチュエータ等である。また、装備の情報とは、例えば、タイヤのグリップ性能等のことである。

ここで、その車両応答特性情報とは、車両の制御目標値に対しての制御応答を示す伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報、つまり制御目標値で駆動源やアクチュエータ等を制御した際の出力の応答性（制御応答特性）に関わる情報のことである。その伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報とは、例えば、下記の式１に示す如き伝達関数Ｇ（ｓ）そのもののことでもあり、この伝達関数Ｇ（ｓ）に係る時定数Ｔｓのことでもある。また、その伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報としては、この伝達関数Ｇ（ｓ）に対応するマップであってもよい。その時定数Ｔｓは、車両毎に有している値である。この式１の「ｓ」はラプラス演算子である。

この式１の伝達関数Ｇ（ｓ）を用いて、目標車両加減速度ｕに対する実際の車両加減速度ａの制御応答特性は、下記の式２のように示される。

通信規格情報とは、例えば、双方向無線通信の通信規格、無線ＬＡＮの通信規格、ビーコンの通信規格等の情報のことである。自動車向けの無線通信における双方向無線通信には、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication）等がある。また、この通信規格情報には、送信先への挨拶情報、上記の各種アクチュエータにおける応答遅れを示す時定数の情報、転送情報を示すフラグ等も含まれる。

走行環境情報とは、自車の走行している路面の情報のことである。この走行環境情報には、路面摩擦係数の情報、路面勾配の情報、路面温度の情報、路面がアスファルトなのか未舗装なのかの情報、ウエット路面なのかドライ路面なのか凍結路面なのかの情報がある。

この車間制御において設定される制御目標値は、第１に車間制御における主要目標たる目標車間距離や目標車間時間である。この目標車間距離（目標車間時間）は、車両間における現在の相対速度、相対車間距離、相対車両加減速度等に基づいて、例えば先行車両が急制動等を行ったとしても車間距離が零にならない値を設定する。その相対速度等は、受信した先行車両の情報（車速や位置情報等）に基づいて算出される。この車間自動制御システムにおいては、その目標車間距離（目標車間時間）に基づいて、これを実現し得る車両に対する実際の制御目標値としての目標車速、目標車両加減速度、目標ジャーク、目標駆動力等を設定する。

この車間自動制御システムにおいては、自車に搭載した周辺物検出装置３０が他車を検出したときに、その他車を隊列走行（追従走行）の相手となる可能性のある車両として判断する。その際には、例えば自車から他車に向けた情報の送信を行い、これを契機にして、その車両間で情報通信型の車間制御を開始させるようにしてもよい。また、隊列走行制御中においては、その周辺物検出装置３０が新たな車両を自車の前方又は後方に見つけたときに、その新たな車両に対して情報の送信を行い、互いの情報が共有された時点で新たな隊列での情報通信型の車間制御を実行させるようにしてもよい。一方、隊列からの他車の離脱を周辺物検出装置３０が検出したときには、台数の減った新たな隊列での情報通信型の車間制御を実行させるようにしてもよい。

その周辺物検出装置３０とは、自車の周辺の物体を検出する装置であり、自車の周辺に存在している車両の検出に用いる。制御装置１０は、その周辺物検出装置３０の検出結果を用いて自車の周辺の車両の検出を行う。この周辺物検出装置３０は、自車に対する前方、後方又は側方の内の監視対象とする方向の他車を検出できる場所に設置する。つまり、この周辺物検出装置３０は、自車の前方を監視対象とするならば車両の前部に設置し、自車の後方を監視対象とするならば車両の後部に設置し、自車の側方を監視対象とするならば車両の右側部及び左側部に設置する。

この周辺物検出装置３０には、例えば、ミリ波レーダ、安価なレーザレーダ、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）レーダ等の近距離用レーダ、可聴域の音波又は超音波を用いたソナー、撮像装置などを利用できる。その撮像装置としては、具体的に、可視光線カメラ、赤外線カメラ（赤外線投光機の有るもの又は無いもの）、単一カメラ、ステレオカメラ等が挙げられる。レーダ装置（ミリ波レーダ、レーザレーダ、近距離用レーダ）やソナーの場合、自車の制御装置１０は、その検出信号に基づいて先行車両を検出し、その先行車両との間の車間距離、相対速度、相対加速度等を演算する。撮像装置の場合、自車の制御装置１０は、その撮像画像に基づいて先行車両を検出し、その先行車両との間の車間距離や相対速度等を演算する。尚、ＧＰＳから先行車両の位置情報についても取得できるのであれば、そのＧＰＳによる先行車両の位置情報と自車の位置情報とに基づいて相対的な位置関係を求めさせてもよい。

この車間自動制御システムにおいては、２台以上の車両を隊列走行させる際に、後続車両が無線通信を介して少なくとも先行車両の制御目標値（目標車速、目標車両加減速度、目標ジャーク、目標駆動力等）を受信している。その先行車両は、直前の車両だけでなく、更に先を走る車両を対象にしてもよい。また、先行車両だけでなく後続車両を対象にしてもよい。尚、ここでは、予め目標車間距離（目標車間時間）が例えばシステムのルールで定められているものとして例示する。

後続車両の制御装置１０においては、その先行車両の制御目標値（目標車速、目標車両加減速度、目標ジャーク、目標駆動力等）を参照して、例えば、実際の車間距離を目標車間距離に近づける為の自車の制御目標値（目標車両加減速度や目標ジャーク）を設定したり、目標車間距離を維持させる為に先行車両と同じ車速を自車の制御目標値（目標車速）に設定したりする。

ここで、車両には前述した制御応答特性が存在しており、このことから、後続車両の制御装置１０は、先行車両の制御目標値（目標車速、目標車両加減速度、目標ジャーク、目標駆動力等）を通信で取得したとしても、その制御目標値からは先行車両の実際の出力（実際の車速、実際の車両加減速度、実際のジャーク、実際の駆動力等）を知ることができない。これが為、この後続車両の制御装置１０には、その先行車両における前述した伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報（伝達関数Ｇ（ｓ）、時定数Ｔｓ、マップ）を考慮に入れて先行車両の実際の出力を把握させ、その実際の出力に基づいて自車の制御目標値（目標車速、目標車両加減速度、目標ジャーク、目標駆動力等）を設定させる。

車両加減速度を例に挙げると、後続車両の制御装置１０は、先行車両の伝達関数Ｇ（ｓ）と通信装置２０で受信した当該先行車両の目標車両加減速度ｕを上記の式１に代入して、その先行車両における実際の車両加減速度ａを把握することができる。この演算の際には、伝達関数Ｇ（ｓ）が受信されていれば、この伝達関数Ｇ（ｓ）を代入し、時定数Ｔｓが受信されていれば、この時定数Ｔｓから伝達関数Ｇ（ｓ）を求めて代入すればよい。そして、この制御装置１０は、例えば目標車間距離を維持したままの隊列走行中（追従走行中）に先行車両が車両加減速度を変化させたとするならば、その把握した先行車両の実際の車両加減速度ａを自車の目標車両加減速度ｕとして設定し、その目標車両加減速度ｕでの走行制御が為されるように駆動源等の出力や制動装置の制動力を制御する。これにより、この場合の後続車両は、目標車間距離を保ちつつ、先行車両と同等の車両加減速度で加速又は減速しながら当該先行車両に追従することができる。

ここで、例えば、先行車両が自車と同等の出力特性（出力値や出力応答性等）や減速特性（制動力やその出力応答性）を示すものの場合には、先行車両と自車との間で伝達関数Ｇ（ｓ）や時定数Ｔｓが同等の値を示すことになる。この場合には、その先行車両の伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報をそのまま利用して自車の目標車両加減速度ｕの設定を行い、その目標車両加減速度ｕに合わせて駆動源等の出力や制動装置の制動力を制御することで、自車を先行車両の車両加減速度に合わせて応答性良く加減速させることができる。

一方、先行車両と自車の出力特性や減速特性に差がある場合、特に先行車両と自車との関係が例えばスポーツカー等の高性能車両と一般的な普通車両との関係である場合、次の様な状況を生み出す可能性がある。自車の方が先行車両よりも出力特性や減速特性に優れている場合には、自車の方が先行車両よりも高い応答性の伝達関数Ｇ（ｓ）や時定数Ｔｓを示すことになる。これが為、この場合には、その先行車両の伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報をそのまま利用して自車の目標車両加減速度ｕの設定を行い、その目標車両加減速度ｕに合わせて駆動源等の出力や制動装置の制動力を制御することで、自車を先行車両の車両加減速度に合わせて応答性良く加減速させることができる。これに対して、先行車両の方が自車よりも出力特性や減速特性に優れている場合には、先行車両の方が自車よりも高い応答性の伝達関数Ｇ（ｓ）や時定数Ｔｓを示すことになる。これが為、この場合には、その先行車両の伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報をそのまま利用して自車の目標車両加減速度ｕを設定すると、その目標車両加減速度ｕが自車で出力可能な車両加減速度を超えてしまう可能性がある。

そこで、自車の目標車両加減速度ｕを設定する際には、先行車両と自車との間の出力特性や減速特性を比較させることが好ましい。ここで、その先行車両と自車との間の出力特性や減速特性の違いは、車種やメーカー等の車両の仕様情報、特に車種の情報を対比させることで判断できる。従って、自車の目標車両加減速度ｕを設定する際には、先行車両の仕様情報を利用することが好ましい。例えば、先行車両の仕様情報に基づいて自車との車種の比較を行い、自車に対する先行車両の出力性能や減速特性を把握する。そして、その先行車両が自車と同等以下の出力性能や減速特性を示す場合には、その先行車両の動きに合わせて自車を加減速できると判断し、先行車両の伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報をそのまま利用して自車の目標車両加減速度ｕを設定する。これにより、自車は、先行車両を同等の車両加減速度で追従できる。これに対して、その先行車両が自車と比較して所定以上の高い出力性能や減速特性を示す場合には、先行車両の動きに合わせて自車を加減速させることができない可能性があると判断し、その先行車両への追従制御を止めさせるようにしてもよい。また、先行車両の方が自車よりも高い出力特性や減速特性を示していても、その所定よりも低ければ、先行車両の動きに合わせて自車を加減速させることができる場合もある。この場合には、先行車両の伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報をそのまま利用して自車の目標車両加減速度ｕを設定させればよい。尚、車両の仕様情報に出力特性や減速特性の情報が含まれている場合には、その出力特性や減速特性の情報を直接対比させてもよい。

また、自車の目標車両加減速度ｕを設定する際には、自車の制御目標値に対しての制御応答を示す伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報を考慮に入れることが望ましい。その際、後続車両の制御装置１０には、把握した先行車両の実際の車両加減速度ａを上記の式１の変形式に代入させることで、自車の制御応答特性が加味された自車の目標車両加減速度ｕの設定を行わせればよい。このようにして設定された自車の目標車両加減速度ｕは、先行車両における実際の車両加減速度ａに更に近くなる。従って、この後続車両は、更に精度の高い車両加減速度での上記の如き追従が可能になるので、先行車両の車両加減速度に合わせてより精度良く加減速できるようになり、目標車間距離の保持精度が向上する。

このように、この車間自動制御システムにおいては、無線通信を介して取得した他車の制御目標値に加えて、その制御目標値に対しての他車の制御応答を示す伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報をも考慮に入れることで、その制御目標値に対する他車の実際の出力を正確に把握できる。そして、自車においては、そのようにして把握した他車の実際の出力に基づいて自車の制御目標値を実情に沿った適切な値に設定できるようになるので、その車両間での適切な走行制御が可能になる。また、この車間自動制御システムにおいては、自車における伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報についても考慮に入れることで、より精度の高い自車の制御目標値の設定が可能になり、より実情に沿う適切な車両間での精度の高い走行制御を行うことができる。

ここで用いる伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報については、上述したように無線通信を介して伝達関数Ｇ（ｓ）そのものの又は時定数Ｔｓを隊列内の車両間で送受信することで、各車両において共有させることができる。しかしながら、この伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓは、例えば駆動源やアクチュエータ等の経年変化などによって変わってしまうこともある。これが為、予め定めてある伝達関数Ｇ（ｓ）や時定数Ｔｓを送信するように設定されている場合には、伝達関数Ｇ（ｓ）や時定数Ｔｓが変化していたときに、その送信元の車両における制御目標値に対しての実際の出力を正しく求めることができない。

そこで、この車間自動制御システムにおいては、車両における現在の伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓを推定できるようにすることが好ましい。

当然のことながら、自車においては、自車の制御目標値（目標車速、目標車両加減速度、目標ジャーク、目標駆動力等）を把握している。更に、自車においては、例えば、自車の車速検出装置（車速センサ等）４１や車輪速度検出装置（車輪速度センサ等）４２の検出信号に基づいて、自車の実際の車速、車両加減速度及びジャークを求めることができる。また、その自車の実際の車速、車両加減速度及びジャークについては、自車の前後加速度検出装置（前後加速度センサ等）４３の検出信号から求めることもできる。これが為、自車においては、自車の制御目標値と検出した自車の実際の出力とに基づいて、自車の現在の伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓを推定することができる。例えば、自車の制御装置１０は、その目標車両加減速度ｕと実際の車両加減速度ａを上記式１の変形式に代入することで、自車の伝達関数Ｇ（ｓ）や時定数Ｔｓの推定が可能になる。

従って、制御装置１０には、新たに推定した自車の伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓが記憶装置内の自車の伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓと異なる場合に、新たな伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓを自車の現在の正しい伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓとして置き換えさせればよい。これにより、この車間自動制御システムにおいては、自車の現在の伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓが通信装置２０で送信されることになるので、自車の制御目標値に対しての実際の出力が他車でも正しく演算できるようになり、適切な車両間での走行制御が可能になる。

また、この車間自動制御システムにおいては、これまで説明してきたように、或る車両の制御目標値を隊列内の別の車両が無線通信によって知ることができる。これが為、その車両における現在の伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓは、この車両の制御目標値に対する実際の出力（実際の車速、実際の車両加減速度、実際のジャーク、実際の駆動力等）を別の車両でも把握できれば、その制御目標値と実際の出力の測定値とに基づいて別の車両において推定することができる。

他車における制御目標値に対しての実際の出力、つまり他車の実際の走行情報については、自車に他車走行情報検出装置を設けることで測定できる。その他車走行情報検出装置とは、他車の実際の走行情報（車速や車両加減速度等）を推定する為の情報の検出ができるものであり、上述した周辺物検出装置３０の利用が可能である。制御装置１０は、その周辺物検出装置３０の検出信号に基づいて、前述したように車間距離、相対速度、相対加速度等を演算する。この制御装置１０は、その演算の際に、その検出信号に基づいて、他車の実際の車速や車両加減速度を求めている。また、制御装置１０は、その車速等に基づいて、他車の実際のジャークを求めることができる。従って、その周辺物検出装置３０は、他車走行情報検出装置としての利用が可能である。これが為、この例に基づき説明すると、自車の制御装置１０は、受信した他車の制御目標値（目標車速、目標車両加減速度、目標ジャーク）と、その受信時に自車で測定した当該他車の実際の出力（実際の車速、実際の車両加減速度、実際のジャーク）と、に基づいて、この他車における現在の伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓを推定できる。例えば、自車の制御装置１０は、その目標車両加減速度ｕと実際の車両加減速度ａを上記式１の変形式に代入することで、他車の現在の伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓの推定が可能になる。一方、その他車における実際の出力の測定値については、自車での測定に替えて、その他車が自ら測定したものを無線通信で受信してもよい。

この車間自動制御システムにおいては、例えば、無線通信で受信した他車の伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓと自車で推定した他車の伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓとを比較し、これらが違う値を示す場合に他車の制御応答特性に変化があったと判断させることができる。これが為、自車の制御装置１０には、そのような判断をしたときに、自車で推定した他車の伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓを用いて当該他車の制御目標値に対する実際の出力を求めさせてもよい。これにより、この車間自動制御システムにおいては、受信した他車の伝達関数Ｇ（ｓ）や時定数Ｔｓに変化が生じていたとしても、自車で推定した値を用いて正確な自車の制御目標値を設定できるので、適切な車両間での走行制御が可能になる。

この例示の隊列走行制御（追従走行制御）は、他車の制御目標値（目標車速、目標車両加減速度、目標ジャーク）を受信する度に、他車の伝達関数Ｇ（ｓ）や時定数Ｔｓも利用して自車の目標車速等の制御目標値を設定し、その制御目標値となるように自車の走行制御を行う。その他車の伝達関数Ｇ（ｓ）や時定数Ｔｓを利用した自車の走行制御については、それに替えて下記のような隊列走行制御に適用してもよい。その隊列走行制御とは、各車両間の車両モデルに基づくモデルベースのモデル制御を行い、制御目標値（目標車間距離、目標車間時間）となるように各車両間の車間制御を実行させるものである。具体例を挙げるとするならば、２つ以上の車両モデルを含む系で最適化が図られるように夫々の車両の制御目標値（目標車両加減速度）を設定する最適制御（ＬＱ制御）が該当する。

そのＬＱ制御においては、夫々の車両Ｃ１〜Ｃ５の制御装置１０が、無線通信で送受信した各車両Ｃ１〜Ｃ５の情報を共有し、その共有情報に基づいて後続車両Ｃ２〜Ｃ５の目標車両加減速度ｕ_２〜ｕ_５の組み合わせを設定する。そして、各車両Ｃ１〜Ｃ５においては、自車の目標車両加減速度ｕ_１〜ｕ_５に基づいて自車の走行制御を行う。その際、その共有情報の中には伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓも含まれる。従って、目標車両加減速度ｕ_２〜ｕ_５の組み合わせを設定するときには、その各車両Ｃ１〜Ｃ５の伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓを考慮した上で組み合わせの設定を行うことが好ましい。これにより、各車両Ｃ１〜Ｃ５の制御応答特性、つまり実情に沿ったより適切なＬＱ制御の実行が可能になる。このＬＱ制御の一例を簡単に説明する。

ここでは、図２に示す５台の車両Ｃ１〜Ｃ５を隊列走行させる際のＬＱ制御による車間制御（隊列走行制御）について例示する。この車間自動制御システムにおいては、先頭車両Ｃ１の走行状態に応じて、この先頭車両Ｃ１に追従するよう後続車両Ｃ２〜Ｃ５の走行状態を制御し、目標車間距離Ｌ_ｔｇｔで隊列走行させる。その際には、自車及び他車の上述した各種情報の全て又は当該各種情報の内の必要な情報が無線通信により各車両Ｃ１〜Ｃ５の間で共有されており、その共有情報に基づいて後続車両Ｃ２〜Ｃ５の目標車両加減速度ｕ_２〜ｕ_５を設定し、これら後続車両Ｃ２〜Ｃ５をその目標車両加減速度ｕ_２〜ｕ_５となるよう各々制御する。その共有情報には、夫々の車両Ｃ１〜Ｃ５についての車両加減速度（加速度センサ等の前後加速度検出装置４３による実測値又は推定値）ａ_１〜ａ_５及び目標車両加減速度ｕ_１〜ｕ_５と、前後関係にある車両間の車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４及び相対速度Ｌ_１’〜Ｌ_４’（ｄＬ_１／ｄｔ〜ｄＬ_４／ｄｔ）と、が含まれている。

この隊列走行制御においては、後続車両Ｃ２〜Ｃ５の目標車両加減速度ｕ_２〜ｕ_５を制御入力とし、車両加減速度ａ_１〜ａ_５、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４及び相対速度Ｌ_１’〜Ｌ_４’を状態量として、車両Ｃ１〜Ｃ５の隊列走行を下記の状態ベクトルｘの時間微分の式（式３：状態空間方程式）で表す。

ここで、この式３における「ｕ_ｃ」は目標車両加減速度ベクトル、「ｕ_０」は先頭車両Ｃ１の目標車両加減速度、「ｕ_ｗ」は道路勾配や風等の外乱である。また、「Ａ」、「Ｂ_ｃ」、「Ｂ_０」、「Ｂ_ｗ」は、夫々の車両Ｃ１〜Ｃ５の仕様情報等によって決まる行列を示す。状態ベクトルｘと目標車両加減速度ベクトルｕ_ｃは、下記の通りである。

ｘ＝（ａ_１,Ｌ_１,Ｌ_１’,ａ_２,Ｌ_２,Ｌ_２’,ａ_３,Ｌ_３,Ｌ_３’,ａ_４,Ｌ_４,Ｌ_４’,ａ_５）^Ｔ
ｕ_ｃ＝（ｕ_２，ｕ_３，ｕ_４，ｕ_５）^Ｔ

その目標車両加減速度ベクトルｕ_ｃについては、フィードバックゲイン行列Ｋを用いて、下記の式４の如く表すことができる。この例示のフィードバックゲイン行列Ｋは、１３列×４行の行列である。

上記の状態空間方程式（式３）で表されるシステムのＬＱ制御を行う為の評価関数Ｊは、下記の式５の如く定める。

この式５の「ε_Ｌ」、「ε_ｄＬ」、「ε_ｕ」は、各々車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４に関する項、相対速度Ｌ_１’〜Ｌ_４’に関する項、目標車両加減速度ｕ_１〜ｕ_５に関する項に対して重み付けする為の重みである。従って、この隊列走行制御においては、その重みε_Ｌ、ε_ｄＬ、ε_ｕを調整することで、車間距離の安定性、相対速度の低減、加減速の低減を調和させる。

この評価関数Ｊを最小にするフィードバックゲイン行列Ｋは、隊列を成す車両Ｃ１〜Ｃ５の組が決まったときに、一意に求まる。

この隊列走行制御においては、上記の式４に対して、そのフィードバックゲイン行列Ｋと各種検出装置の情報に基づき得た状態ベクトルｘを代入し、且つ、先頭車両Ｃ１の目標車両加減速度ｕ_１をフィードフォワードにセットして、評価関数Ｊを最小にする目標車両加減速度ベクトルｕ_ｃを求める。上述した各車両Ｃ１〜Ｃ５の伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｔｓは、例えばその目標車両加減速度ベクトルｕ_ｃの演算時に用いればよい。これにより、評価関数Ｊを最小にする目標車両加減速度ｕ_２〜ｕ_５の組み合わせが求められる。後続車両Ｃ２〜Ｃ５の夫々の制御装置１０は、その目標車両加減速度ｕ_２〜ｕ_５となるよう各々後続車両Ｃ２〜Ｃ５を制御して、車両Ｃ１〜Ｃ５を隊列走行させる。

ところで、この例示では目標車両加減速度ｕに対する実際の車両加減速度ａの制御応答特性を示す伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報を示したが、その伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報は、例えば目標制駆動力（制御目標値）に対する実際の出力の制御応答特性を示すものであってもよい。この場合には、その先行車両における目標制駆動力と伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報とに基づいて、自車の目標車両加減速度ｕや目標制駆動力の設定を行う。しかしながら、この場合には、無線通信で受け取った先行車両の目標車両加減速度ｕが必ずしも先行車両の実際の車両加減速度ａに一致するとは限らない。そして、自車の目標車両加減速度ｕ等の設定の際に自車の伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報を考慮したとしても、その自車の伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報が先行車両のものと同等でなければ（つまり同一又は同等の出力特性や減速特性を示す車種でなければ）、自車の車両加減速度ａを先行車両の車両加減速度ａに一致させることができない。これが為、この場合には、自車を先行車両の動きに合わせて加減速させることができない可能性がある。

そこで、この場合には、先行車両の仕様情報（特に車種やメーカー等の情報）に基づいて、先行車両と自車との間の出力特性や減速特性の違いを把握させ、その違いに応じて自車の目標車両加減速度ｕや目標制駆動力を補正すればよい。例えば、先行車両と自車とが同一又は同等の出力特性等を示す車種であると判った場合には、先行車両の伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報を利用して設定した自車の目標車両加減速度ｕや目標制駆動力をそのまま使わせる（通常制御）。これに対して、先行車両が自車よりも高い出力特性等を示す車種であると判った場合には、先行車両の伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報を利用して設定した自車の目標車両加減速度ｕや目標制駆動力について、通常制御のときよりも、加速時であれば高加速度側及び高出力側に補正し、減速時であれば高減速度側及び低出力側（高制動力側）に補正する。その際、出力特性等の差が大きいほど、加速時には高加速度側及び高出力側へと補正し、減速時には高減速度側及び低出力側（高制動力側）へと補正する。また、先行車両よりも自車の方が高い出力特性等を示す車種であると判った場合には、同じようにして設定した自車の目標車両加減速度ｕや目標制駆動力について、通常制御のときよりも、加速時であれば低加速度側及び低出力側に補正し、減速時であれば低減速度側及び高出力側（低制動力側）に補正する。その際、出力特性等の差が大きいほど、加速時には低加速度側及び低出力側へと補正し、減速時には低減速度側及び高出力側（低制動力側）へと補正する。

ここで、そのような補正が為されるときの先行車両の伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報とは、先行車両からすると正しい値を示しているのだが、自車から観ると信頼性に劣る値になっているとも云える。これが為、自車と先行車両の仕様情報を比較して、受信した先行車両の伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報が自車にとって信頼性の薄いものであると判断したときに、その伝達関数Ｇ（ｓ）に関する情報を補正することで、上記の補正後の目標車両加減速度ｕや目標制駆動力が演算されるようにしてもよい。

更に、これまでの例示では伝達関数Ｇ（ｓ）について上記式１に示した１次遅れの応答特性のものを挙げているが、その伝達関数Ｇ（ｓ）としては、例えば、下記の式６及び７に示す２次遅れの応答特性のものや、下記の式８に示す非線形（１次遅れ＋無駄時間）の応答特性のものであってもよい。式６の伝達関数Ｇ（ｓ）において、時定数は、ω_ｎとξになる。この場合には、その伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数ω_ｎ，ξが無線通信での送受信によって各車両で共有される。また、式７の伝達関数Ｇ（ｓ）において、時定数は、αｘ（ｘ＝１，２，…，ｎ，ｎ＋１）とβｙ（ｙ＝１，２，…，ｍ，ｍ＋１）になる。この場合には、その伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数αｘ，βｙが無線通信での送受信によって各車両で共有される。また、式８の伝達関数Ｇ（ｓ）において、時定数は、ＬとＴｓになる。この場合には、その伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数Ｌ，Ｔｓが無線通信での送受信によって各車両で共有される。尚、式８の「ｅ」は、常用対数である。

各種の伝達関数Ｇ（ｓ）は、車両間における走行制御の制御形態に適したものが用いられる。

上記の例示では、制御目標値や伝達関数Ｇ（ｓ）又は時定数等の各種情報を相手先に伝える際に、上述したような無線通信を利用している。しかしながら、その無線通信においては、相手先から情報を受信できないときがある。その情報を受信できないとき（通信途絶時）とは、相手先の通信装置が情報を送信し難くなっている又は自らの通信装置が相手先からの情報を受信し難くなっている通信異常時だけでなく、相手先から情報が送られてくるのを待っている通信待機時も含む。この車間自動制御システムでは、例えば所定の通信周期内における情報の受信失敗回数が所定回数（１分間に数回等）に達したときに通信異常と判定し、通信途絶との判断を行う。また、この車間自動制御システムでは、自車の通信装置が正常であるにも拘わらず、例えば所定時間の間（数秒間等）情報を受信できないときに通信待機時と判定し、通信途絶との判断を行う。尚、相手先の通信装置が情報を送信し難くなっているときには、その状況を自車側で判断し難いので、一旦通信待機時と判定し、その後の通信状態如何で通信異常と判定させればよい。

上述した情報通信型の車間制御においては、例えば相手先から受信した先行車両等の他車の情報に基づいて制御目標値を設定するので、通信途絶になると他車の情報が得られず、目標車間距離等の制御目標値の設定が行えなくなる。そこで、この車間自動制御システムにおいては、通信途絶時に上記の情報通信型の車間制御を止めて、従来から行われている直前の先行車両との間の車間制御に切り替える。つまり、この車間自動制御システムにおいては、従来の情報検出型の車間制御（ＡＣＣ）も実行される。その情報検出型の車間制御とは、自車の周辺物検出装置３０で直前の先行車両との間の車間距離、相対速度、相対加速度等の情報を測定し、その情報に基づき目標車速等の制御目標値を設定して行う車間制御のことである。尚、その車間距離、つまり先行車両と自車との相対的な位置関係は、自車がＧＰＳから先行車両の位置情報についても取得できるのであれば、そのＧＰＳによる先行車両の位置情報と自車の位置情報とに基づいて求めさせてもよい。

以上のように、本発明に係る車両制御システムは、他車との関係における自車の走行制御の制御精度を向上させる技術に有用である。

１０ 制御装置
２０ 通信装置
３０ 周辺物検出装置
４１ 車速検出装置
４２ 車輪速度検出装置
４３ 前後加速度検出装置

Claims (6)

1. 他車の情報を車外から受信する通信装置が自車に設けられ、
   前記他車の走行制御に係る制御目標値を自車の前記通信装置を介して取得し、該取得した前記他車の前記制御目標値と当該制御目標値に対する実際の出力の測定値とに基づいて、前記他車の前記制御目標値に対しての制御応答を示す伝達関数に関する情報を自車で演算し、前記他車の前記伝達関数に関する情報と当該他車の前記制御目標値とに基づいて自車の走行制御を行うことを特徴とした車両制御システム。
2. 前記実際の出力の測定値は、前記他車が測定したものを自車の前記通信装置を介して取得する又は自車で測定することを特徴とした請求項１記載の車両制御システム。
3. 前記自車の走行制御の実行時には、前記通信装置を介して取得した前記他車の仕様情報も利用することを特徴とした請求項１又は２に記載の車両制御システム。
4. 前記他車の前記伝達関数に関する情報を自車の前記通信装置を介して取得し、該取得した前記他車の前記伝達関数に関する情報と自車で演算した前記他車の前記伝達関数に関する情報とを比較して、該それぞれの伝達関数に関する情報が違う値を示す場合、自車で演算した前記他車の前記伝達関数に関する情報を用いて前記自車の走行制御を行い、前記それぞれの伝達関数に関する情報が同じ値を示す場合、前記通信装置を介して取得した前記他車の前記伝達関数に関する情報を用いて前記自車の走行制御を行うことを特徴とした請求項１，２又は３に記載の車両制御システム。
5. 自車の前記伝達関数に関する情報も考慮に入れて自車が前記走行制御を行う際の制御目標値を設定することを特徴とした請求項１，２，３又は４に記載の車両制御システム。
6. 前記伝達関数に関する情報は、時定数であることを特徴とした請求項１から５の内の何れか１つに記載の車両制御システム。

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