JP6541848B1 - 車間距離制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバが満足できる車間距離制御を実現した車間距離制御装置を提供する。
【解決手段】自車の速度と先行車との相対速度に基づいて先行車の速度を演算する先行車速演算部と、先行車の速度に基づいて先行車との目標車間距離を設定する目標車間設定部と、車間距離の初期値から目標車間距離に到達するまでの車間距離の時間履歴を定義する目標軌道、および目標軌道の微分値である目標軌道微分値を生成する目標軌道生成部と、目標軌道と車間距離との偏差および目標軌道微分値と相対速度との偏差に、それぞれゲインを乗算してフィードバック加速度指令を演算するフィードバック制御部と、を備え、フィードバック加速度指令を加速度指令として出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自車と先行車との車間距離を制御する車間距離制御装置に関する。

車間距離制御装置には、あらゆる走行状況に応じてドライバのフィーリングに合うような車間距離制御の応答特性が求められる。例えば、特許文献１（以後、先行例と呼称）には、車間距離制御部と車速制御部とを備えた２段構成による車間距離制御装置が提案されている。車間距離制御部は、フィルタにより車間距離が目標車間距離へ収束するまでの車間距離の時間履歴を定義し、フィードバック制御およびフィードフォワード制御により車速指令を生成する。そして、車速制御部は自車速が車速指令に一致するように制御する。このような車間距離制御装置では、目標車間偏差（車間距離検出値と目標車間距離の偏差）および相対速度検出値に応じて車間距離制御系の応答特性、すなわちフィルタの周波数および減衰係数を設定することで、ドライバの操作特性を模擬した車間距離制御装置が実現できるとしている。

なお、先行例は、例えば遠方の遅い先行車を検知して減速しながら接近するシーンおよび先行車が直近に割り込むシーンなど、先行車が一定速度の場合を想定している。このような走行状況では、車間距離が目標車間距離に収束し、自車速が先行車速に収束するまでの応答特性が重視され、先行例ではフィルタを用いて応答特性を設計している。

特許第３６６１４９５号

車間距離制御装置は、減速して停車する先行車に追従するシーンなど、先行車速が変動するシーンにも対応する必要がある。上記の追従シーンでは、先行車の減速に伴って、目標車間距離も減少する。そのため、車間距離制御装置は減少した目標車間距離に対して「車間距離を詰めるための加速」と、「先行車速の減速に合わせた減速」の合成により先行車に追従する必要がある。

先行例は、フィードバック制御と、フィードフォワード制御と、先行車速の和で車速指令を生成しており、第２項のフィードフォワード制御が「車間距離を詰めるための加速」に、第３項の先行車速が「先行車速に合わせた減速」に対応している。しかし、車間距離制御部と車速制御部とを備えた２段構成による車間距離制御装置の場合、車速制御部の応答遅れに起因して「先行車速に合わせた減速」には車間距離の定常偏差が発生する。すなわち、車速制御部の応答遅れ分だけ車間距離が先行車に接近する。そのため、先行例では減速して停車する先行車に追従するシーンにおいて、車間距離を維持しつつ停車できない可能性があった。従って、従来の車間距離制御装置では、あらゆる走行状況に応じてドライバのフィーリングに合う車間距離制御が実現できなかった。

本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、ドライバが満足できる車間距離制御を実現した車間距離制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車間距離制御装置は、先行車との車間距離、前記先行車との相対速度および自車の速度に基づいて加速度指令を演算し、車両の駆動を制御する車両駆動部に入力することで、前記先行車との前記車間距離を制御する車間距離制御装置であって、前記自車の速度と前記先行車との前記相対速度に基づいて前記先行車の速度を演算する先行車速演算部と、前記先行車の速度に基づいて前記先行車との目標車間距離を設定する目標車間設定部と、前記車間距離の初期値から前記目標車間距離に到達するまでの前記車間距離の時間履歴を定義する目標軌道、および前記目標軌道の微分値である目標軌道微分値を生成する目標軌道生成部と、前記目標軌道と前記車間距離との偏差および前記目標軌道微分値と前記相対速度との偏差に、それぞれゲインを乗算してフィードバック加速度指令を演算するフィードバック制御部と、を備え、前記フィードバック加速度指令を前記加速度指令として出力する。

本発明に係る車間距離制御装置によれば、車間距離の初期値から目標車間距離に到達するまでの車間距離の時間履歴を定義する目標軌道を生成し、目標軌道と実際の車間距離が一致するようフィードバック制御することができ、遠方の遅い先行車を検知して減速しながら接近するシーンだけでなく、減速して停車する先行車に追従するシーンにおいてもドライバが満足できる車間距離制御装置を実現できる。

本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態１の目標軌道生成部の動作を説明する図である。 本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置の制御対象となる走行シーンを示す図である。 本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置の制御対象となる走行シーンを示す図である。 本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態２の車間距離制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態２の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態３の車間距離制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態３の目標軌道設計部におけるフィルタ時定数と目標軌道との関係を示す図である。 本発明に係る実施の形態３の目標軌道設計部における加速度最終設計値を示す図である。 本発明に係る実施の形態３の目標軌道設計部における各加速度最終設計値と、加速度設計値および最接近距離設計値の大小関係を示す図である。 本発明に係る実施の形態３の目標軌道設計部における設計パラメータを示す図である。 本発明に係る実施の形態３の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態４の車間距離制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態４の車間距離制御装置の変形例の構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態４の車間距離制御装置の変形例の構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態４の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態４の車間距離制御装置の制御対象となる走行シーンを示す図である。 本発明に係る実施の形態４の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態４の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態４の車間距離制御装置の制御対象となる走行シーンを示す図である。 本発明に係る実施の形態４の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態４の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態４の車間距離制御装置のシミュレーション結果を示す図である。

＜実施の形態１＞
＜装置構成＞
図１は、本発明に係る実施の形態１の車間距離制御装置１００の構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように車間距離制御装置１００は、車間距離センサ１０により検出される先行車との車間距離Ｄおよび自車両を基準とした先行車の相対速度ｄＶと、車速センサ１１により検出される自車速Ｖに基づいて、先行車との車間距離を維持して走行するための加速度指令ａ^＊を生成して車両駆動部１２に入力する。車両駆動部１２は加速度指令ａ^＊に従い、エンジンまたは駆動モータ、またはブレーキを制御し、車両の加速度ａが加速度指令ａ^＊に一致するように制動力または駆動力を与える。

図１に示すように車間距離制御装置１００は、先行車速演算部１０１、目標車間設定部１０２、目標軌道生成部１０３およびＦＢ（フィードバック）制御部１０４を備えている。車間距離センサ１０で検出された先行車との車間距離Ｄは、目標軌道生成部１０３およびＦＢ制御部１０４に入力され、先行車の相対速度ｄＶは先行車速演算部１０１、目標軌道生成部１０３およびＦＢ制御部１０４に入力される。そして、車速センサ１１で検出された自車速Ｖは、先行車速演算部１０１に入力される。

先行車速演算部１０１は、車間距離センサ１０で検出された先行車の相対速度ｄＶと車速センサ１１で検出された自車速Ｖに基づいて先行車速Ｖ_ｌｅａｄを演算して、目標車間設定部１０２に入力する。

目標車間設定部１０２は、先行車速Ｖ_ｌｅａｄに基づいて、車間距離制御の目標値である目標車間距離Ｄ^＊を生成して、目標軌道生成部１０３に入力する。

目標軌道生成部１０３は、目標車間距離Ｄ^＊、車間距離Ｄおよび相対速度ｄＶに基づいて、車間距離Ｄから目標車間距離Ｄ^＊に収束するまでの時間履歴を定義する目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊とその微分値である目標軌道微分値ｄＶ_ｔｒｋ ^＊を生成して、ＦＢ制御部１０４に入力する。

ＦＢ制御部１０４は、車間距離Ｄ、相対速度ｄＶ、目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊および目標軌道微分値ｄＶ_ｔｒｋ ^＊に基づいて加速度指令ａ^＊を生成して車両駆動部１２に入力する。

次に、車間距離制御装置１００の各部の動作について詳細に説明する。先行車速演算部１０１において先行車速Ｖ_ｌｅａｄを求めるには、相対速度ｄＶと自車速Ｖとを用いて、以下の数式（１）により求める。

そして、目標車間設定部１０２において目標車間距離Ｄ^＊を求めるには、先行車速Ｖ_ｌｅａｄを用いて、以下の数式（２）により求める。

上記数式（２）において、τ_ＴＨＷは係数、Ｄ_ｓｔｏｐはオフセット、すなわち先行車が停車している場合の目標車間距離である。係数ｔ_ＴＨＷおよびオフセットＤ_ｓｔｏｐは、複数の値の組み合わせを予め準備しておくことで、ドライバは目標車間距離を複数の車間設定、例えばＬｏｎｇ（長距離）、Ｍｉｄｄｌｅ（中距離）およびＳｈｏｒｔ（短距離）などの複数の段階から選択することができる。

目標軌道生成部１０３は、目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊をフィルタにより生成する。目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊と目標軌道微分値ｄＶ_ｔｒｋ ^＊は、目標車間距離Ｄ^＊とフィルタＦ_ｄｒｅｆ（ｓ）を用いて、以下の数式（３）および数式（４）により求めることができる。なお、ｓはラプラス演算子である。

上記数式（３）において、フィルタＦ_ｄｒｅｆ（ｓ）の入力を制御開始時の車間距離Ｄから目標車間距離Ｄ^＊へのステップ入力として設定することで、車間距離Ｄから目標車間距離Ｄ^＊に収束するまでの時間履歴を生成することができる。

フィルタＦ_ｄｒｅｆ（ｓ）は、例えば移動平均フィルタを２個組み合わせた２段移動平均フィルタを使用する。時定数τの移動平均フィルタの伝達関数を数式（５）に示す。数式（５）は、ｅｘｐ（−τｓ）で示されるように、むだ時間要素を含んだ伝達関数である。

そこで、むだ時間要素の影響を考慮できるようにするためパデー近似により線形の数式に置き換える。むだ時間要素の２次のパデー近似を以下の数式（６）に示す。

上記数式（５）および数式（６）より、パデー近似した移動平均フィルタを以下の数式（７）に示す。

上記数式（７）より、目標軌道生成部１０３に用いる２段移動平均フィルタを以下の数式（８）に示す。数式（８）は、時定数τ_１ｄおよびτ_２ｄの２つの移動平均フィルタを合成した伝達関数である。時定数τ_１ｄおよびτ_２ｄは、車間距離制御装置１００が所望の応答特性となるように予め設定されている。

ＦＢ制御部１０４は、車間距離Ｄ、相対速度ｄＶ、目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊、目標軌道微分値ｄＶ_ｔｒｋ ^＊に基づいて、以下の数式（９）によりフィードバック加速度指令ａ_ＦＢ ^＊を演算する。以下の数式（９）において、Ｋ_ｄｐおよびＫ_ｄｄは、フィードバックゲインであり、それぞれ比例制御のゲインおよび微分制御のゲインである。

車間距離制御装置１００では、以下の数式（１０）に示すようにフィードバック加速度指令ａ_ＦＢ ^＊を加速度指令ａ^＊として用いる。

このように、フィードバック加速度指令ａ_ＦＢ ^＊を生成する演算においては、比例制御および微分制御によるフィードバック制御を行うので、走行抵抗や勾配等の外乱を受けた場合でも目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊と車間距離Ｄを一致させることができる。

以上説明した車間距離制御装置１００の構成はコンピュータを用いて構成することができ、これらの各構成はコンピュータがプログラムを実行することで実現される。すなわち、図１に示した車間距離制御装置１００の先行車速演算部１０１、目標車間設定部１０２、目標軌道生成部１０３およびＦＢ制御部１０４は、例えば図２に示す処理回路２０により実現される。処理回路２０には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのプロセッサが適用され、記憶装置に格納されるプログラムを実行することで上記各構成の機能が実現される。

なお、処理回路２０には専用のハードウェアが適用されても良い。処理回路２０が専用のハードウェアである場合、処理回路２０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＣＩ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）またはこれらを組み合わせたものなどが該当する。

また、図３には、図１に示した車間距離制御装置１００の各構成（先行車速演算部１０１、目標車間設定部１０２、目標軌道生成部１０３およびＦＢ制御部１０４）がプロセッサを用いて構成されている場合におけるハードウェア構成を示している。この場合、車間距離制御装置１００の各構成の機能は、ソフトウェア等（ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェア）との組み合わせにより実現される。ソフトウェア等はプログラムとして記述され、メモリ２２に格納される。処理回路２０として機能するプロセッサ２１は、メモリ２２（記憶装置）に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。

＜動作＞
以下、車間距離制御装置１００の動作について説明する。図４は目標軌道生成部１０３の動作を説明するための図であり、３つの特性図を示している。図４において上段の図は車間距離（Ｄｉｓｔａｎｃｅ）［ｍ］の時間変化を示し、中段の図は速度（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）［ｋｍ／ｈ］の時間変化を示し、下段の図は相対速度（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）［ｋｍ／ｈ］の時間変化を示しており、何れも横軸は時間（Ｔｉｍｅ）［ｓ］である。

上段の図の車間距離の変化は時定数τ_１ｄ・τ_２ｄのフィルタＦ_ｄｒｅｆ（ｓ）により生成した目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊の変化を表しており、車間距離Ｄから目標車間距離Ｄ^＊へ収束している。中段の図の速度の変化は自車速Ｖの時間履歴を表しており、時間τ_２ｄでは加速の動作を、時間（τ_１ｄ−τ_２ｄ）では等速の動作を、時間τ_２ｄでは減速の動作を行い、合計時間（τ_１ｄ＋τ_２ｄ）で先行車速Ｖ_ｌｅａｄに収束している。下段の図の相対速度の変化は目標軌道微分値ｄＶ_ｔｒｋ ^＊を表しており、相対速度ｄＶから開始して０に収束している。

＜車間距離制御動作＞
次に、車間距離制御装置１００による各走行シーンにおける車間距離制御動作について、シミュレーション結果に基づいて説明する。図５は、自車ＯＶが遠方の遅い先行車ＬＶに接近する走行シーンである。初期状態では、車間距離初期値Ｄ_０は目標車間距離Ｄ^＊より大きく、自車速Ｖは先行車速Ｖ_ｌｅａｄより大きなＶ_０であり、自車ＯＶは減速しながら先行車ＬＶに接近し、車間距離が目標車間距離Ｄ^＊と等しくなり、自車速Ｖが先行車速Ｖ_ｌｅａｄと等しくなるように車間距離制御装置１００によって制御される。

図５の走行シーンにおける車間距離制御装置１００のシミュレーション結果を図６に示す。図６は、車間距離（Ｄｉｓｔ．［ｍ］）、速度（Ｖｅｌ．［ｋｍ／ｈ］）、相対速度（Ｖｅｌ．［ｋｍ／ｈ］）および加速度（Ａｃｃｅｌ［ｍ／ｓ^２］）のシミュレーション結果を示し、上から１段目に車間距離の時間変化、２段目に速度（絶対値）の時間変化、３段目に相対速度の時間変化、４段目に加速度［ｍ／ｓ^２］の時間変化を示している。何れも横軸は時間（Ｔｉｍｅ）［ｓ］である。なお、３段目の相対速度の時間変化では、目標相対速度ｄＶ^＊も示しているが、目標相対速度ｄＶ^＊は０であり、一定である。

図６では、自車ＯＶは減速しながら先行車ＬＶに接近し、車間距離Ｄは初期値１００［ｍ］から目標車間距離Ｄ^＊＝４０［ｍ］に収束し、自車速Ｖは１００［ｋｍ／ｈ］から先行車速Ｖ_ｌｅａｄ＝６０［ｋｍ／ｈ］に収束し、自車を基準とした先行車の相対速度ｄＶは−４０［ｋｍ／ｈ］から０に収束する。図６の上から１段目の目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊と３段目の目標軌道微分値ｄＶ_ｔｒｋ ^＊が目標軌道生成部１０３の出力であり、上から２段目の自車速Ｖおよび４段目の自車両の加速度ａは、目標軌道生成部１０３の出力に基づいて得られる値である。

本シミュレーションでは、目標軌道生成部１０３の２段移動平均フィルタの時定数はτ_１ｄ＝τ_２ｄ＝１０［ｓ］に設定しているため、τ_１ｄ＋τ_２ｄ＝２０［ｓ］で目標値に収束する。

図７は、自車ＯＶの直近に同速の先行車ＬＶが割り込む走行シーンである。初期状態では、車間距離初期値Ｄ_０は目標車間距離Ｄ^＊より小さく、自車速Ｖは先行車速Ｖ_ｌｅａｄと同速であり、自車ＯＶは減速して先行車ＬＶとの車間距離を離した後、元の速度まで再加速するように車間距離制御装置１００によって制御される。

図７の走行シーンにおける車間距離制御装置１００のシミュレーション結果を図８に示す。図８は、図６と同様に、車間距離、速度、相対速度および加速度の時間変化を示している。

図８では、車間距離Ｄは初期値２０［ｍ］から目標車間距離Ｄ^＊＝４０［ｍ］に収束し、自車速Ｖは６０［ｋｍ／ｈ］から一度減速して車間距離を離した後で先行車速Ｖ_ｌｅａｄ＝６０［ｋｍ／ｈ］まで再度加速する。図８の上から１段目の目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊と３段目の目標軌道微分値ｄＶ_ｔｒｋ ^＊が目標軌道生成部１０３の出力であり、上から２段目の自車速Ｖおよび４段目の自車両の加速度ａは、目標軌道生成部１０３の出力に基づいて得られる値である。

本シミュレーションでは、目標軌道生成部１０３の２段移動平均フィルタの時定数はτ_１ｄ＝τ_２ｄ＝１０［ｓ］に設定しているため、τ_１ｄ＋τ_２ｄ＝２０［ｓ］で目標値に収束する。

以上に説明したように、本発明に係る実施の形態１においては、目標軌道生成部１０３の２段移動平均フィルタによって、車間距離Ｄが目標車間距離Ｄ^＊に収束し、相対速度ｄＶが０に収束するまでの時間履歴を、目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊と目標軌道微分値ｄＶ_ｔｒｋ ^＊として定義することができる。そして、ＦＢ制御部１０４は車間距離Ｄと相対速度ｄＶが目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊と目標軌道微分値ｄＶ_ｔｒｋ ^＊に一致するように加速度指令ａ^＊を生成する。これにより、２段移動平均フィルタによって定義された目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊通りに車間距離Ｄを制御することができる。

＜実施の形態２＞
＜装置構成＞
図９は、本発明に係る実施の形態２の車間距離制御装置２００の構成を示す機能ブロック図である。図９に示すように車間距離制御装置２００は、図１に示した実施の形態１の車間距離制御装置１００の構成に、さらにＦＦ制御部１０５を備えた構成となっている。ＦＦ制御部１０５には、車間距離センサ１０から出力される車間距離Ｄおよび相対速度ｄＶと、目標車間設定部１０２から出力される目標車間距離Ｄ^＊が入力され、フィードフォワード加速度指令ａ_ＦＦ ^＊を演算する。

ＦＢ制御部１０４の出力であるフィードバック加速度指令ａ_ＦＢ ^＊とＦＦ制御部１０５の出力であるフィードフォワード加速度指令ａ_ＦＦ ^＊は、加算器２００１で加算され、車間距離制御装置２００の出力である加速度指令ａ^＊は、フィードバック加速度指令ａ_ＦＢ ^＊とフィードフォワード加速度指令ａ_ＦＦ ^＊との和で与えられる。

＜動作＞
以下、車間距離制御装置２００の動作について説明する。ＦＦ制御部１０５は、目標軌道に追従するための加速度指令ａ_ＦＦ ^＊をフィードフォワードで演算する。

ＦＦ制御部１０５における加速度指令ａ_ＦＦ ^＊の演算式は、以下の数式（１１）で表されるように、目標車間距離Ｄ^＊を入力として伝達関数Ｃ_ＦＦ（ｓ）で定義する。

なお、入力の初期値に車間距離Ｄを設定し、入力の微分値の初期値に相対速度ｄＶを設定し、目標車間距離Ｄ^＊を入力とすることで、ＦＦ制御部１０５への入力は車間距離Ｄから目標車間距離Ｄ^＊までのステップ入力として与えられる。

ＦＦ制御部１０５の伝達関数Ｃ_ＦＦ（ｓ）は、目標軌道生成部１０３における２段移動平均フィルタの伝達関数Ｆ_ｄｒｅｆ（ｓ）と、車間距離制御装置２００の制御対象である車両駆動部１２の伝達関数Ｐ（ｓ）の逆数である逆伝達関数（１／Ｐ（ｓ））を用いて、以下の数式（１２）のように表される。

また、車両駆動部１２の伝達関数Ｐ（ｓ）を以下の数式（１３）に示す。伝達関数Ｐ（ｓ）は加速度指令ａ^＊を受けて車間距離Ｄを達成するまでの伝達関数である。

加速度指令ａ^＊と加速度ａの関係を以下の数式（１４）に示す。これは、車両駆動部１２の制御応答であり、時定数Ｔ_ＶＥＨの１次遅れ系（１次ローパスフィルタ）として定義する。

先行車速Ｖ_ｌｅａｄを一定と仮定した場合の車間距離Ｄと自車の加速度ａの関係を以下の数式（１５）に示す。

以上の数式（１３）〜（１５）より、車間距離制御装置２００の制御対象である車両駆動部１２の伝達関数Ｐ（ｓ）は、以下の数式（１６）のように定義される。

そして、数式（８）で表される目標軌道生成部１０３における２段移動平均フィルタの伝達関数Ｆ_ｄｒｅｆ（ｓ）と、数式（１６）で表される車両駆動部１２の伝達関数Ｐ（ｓ）を数式（１２）に代入することで、ＦＦ制御部１０５の伝達関数Ｃ_ＦＦ（ｓ）は、以下の数式（１７）で表すことができる。

車間距離制御装置２００の出力である加速度指令ａ^＊は、フィードバック加速度指令ａ_ＦＢ ^＊とフィードフォワード加速度指令ａ_ＦＦ ^＊の和として、以下の数式（１８）で演算される。

＜車間距離制御動作＞
次に、車間距離制御装置２００による各走行シーンにおける車間距離制御動作について、シミュレーション結果に基づいて説明する。なお、走行シーンは、図５を用いて説明した、自車ＯＶが遠方の遅い先行車ＬＶに接近する走行シーンとする。

図５の走行シーンにおける車間距離制御装置２００のシミュレーション結果を図１０に示す。図１０は、車間距離、速度、相対速度および加速度のシミュレーション結果を示しており、図の配列はこれまでのシミュレーション結果と同じである。

図１０では、自車ＯＶは減速しながら先行車ＬＶに接近し、車間距離Ｄは初期値１００［ｍ］から目標車間距離Ｄ^＊＝４０［ｍ］に収束し、自車速Ｖは１００［ｋｍ／ｈ］から先行車速Ｖ_ｌｅａｄ＝６０［ｋｍ／ｈ］に収束し、自車を基準とした先行車の相対速度ｄＶは−４０［ｋｍ／ｈ］から０に収束する。

図１０の上から４段目の加速度の時間変化では、加速度指令ａ^＊の内訳としてフィードバック加速度指令ａ_ＦＦ ^＊を図示している。

車間距離制御装置２００では、ＦＦ制御部１０５の伝達関数Ｃ_ＦＦ（ｓ）を、目標軌道生成部１０３の伝達関数Ｆ_ｄｒｅｆ（ｓ）と制御対象である車両駆動部１２の伝達関数Ｐ（ｓ）を用いて演算することで、目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊に追従するためのフィードフォワード加速度指令ａ_ＦＦ ^＊を演算している。これにより、加速度指令ａ^＊全体に占めるフィードバック加速度指令ａ_ＦＢ ^＊の割合が低減している。

以上に説明したように、本発明に係る実施の形態２の車間距離制御装置２００においては、ＦＦ制御部１０５が目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊通りに車間距離を制御するために、フィードバック制御に加え、フィードフォワード制御でも加速度指令を生成する。これにより、ＦＢ制御部１０４のフィードバックゲインを下げても、車間距離制御の応答性を確保することができる。

フィードバックゲインは先行車の相対速度、車間距離に対する感度、すなわち相対速度、車間距離が変化した場合の加減速の程度を規定するので、フィードバックゲインを下げることで，先行車に追従して走行する場合の速度および加速度のふらつきを抑制することができる。

以上説明した車間距離制御装置２００の構成はコンピュータを用いて構成することができ、これらの各構成はコンピュータがプログラムを実行することで実現される。すなわち、図９に示した車間距離制御装置２００は、例えば図２に示した処理回路２０により実現される。また、図９に示した車間距離制御装置２００がプロセッサを用いて構成されている場合におけるハードウェア構成は、図３に示した構成となる。

＜実施の形態３＞
＜装置構成＞
図１１は、本発明に係る実施の形態３の車間距離制御装置３００の構成を示す機能ブロック図である。図１１に示すように車間距離制御装置３００は、図９に示した実施の形態２の車間距離制御装置２００の構成に、さらに目標軌道設計部１０６を備えた構成となっている。目標軌道設計部１０６には追従条件として車間距離センサ１０から出力される車間距離Ｄおよび相対速度ｄＶと、目標車間設定部１０２から出力される目標車間距離Ｄ^＊が入力され、フィルタ時定数τ_ｄを演算して、目標軌道生成部１０３およびＦＦ制御部１０５に入力する。

ここで、目標軌道設計部１０６で演算されるフィルタ時定数τ_ｄは、制御開始時（例えば先行車検出時）にのみ演算され、制御開始後は常に前回値が保持されるものとする。従って、目標軌道設計部１０６における車間距離Ｄおよび相対速度ｄＶは、制御開始時の車間距離Ｄおよび相対速度ｄＶの初期値を意味する。

＜動作＞
以下、車間距離制御装置３００の動作について説明する。車間距離制御では、減速度の大きさを小さくする方がドライバの乗り心地が向上する。しかし、減速の緩やかさを優先すると先行車に接近し過ぎることとなり、ドライバに不安感を与えてしまう。そこで、目標軌道設計部１０６を設け、車間距離制御において以下の２つの設計目標を考慮することで、乗り心地の向上と不安感の抑制を両立させる。

・設計目標（１）：追従過程における加速度または減速度の大きさを小さくする
・設計目標（２）：追従過程における最接近距離を大きくする
上記設計目標の追従過程とは、車間距離制御を開始してから車間距離および自車速が目標車間距離および先行車速に収束するまでの過程であり、最接近距離とは追従過程における車間距離の最小値である。

図１２は目標軌道設計部１０６から出力されるフィルタ時定数τ_ｄと、目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊との関係を説明する図であり、図５を用いて説明した、自車ＯＶが遠方の遅い先行車ＬＶに接近する走行シーンを制御対象としている。

図１２においては、車間距離の初期値、相対速度の初期値および目標車間距離を同一とし、左から順に、時定数τ_ｄが小さい場合、定数τ_ｄが中程度の場合、定数τ_ｄが大きい場合について、車間距離（Ｄｉｓｔ．）、速度（Ｖｅｌ．）および加速度（Ａｃｃｅｌ．）を示している。なお、図１２においては最上段に車間距離［ｍ］の時間変化を示し、中段に速度［ｋｍ／ｈ］の時間変化を示し、最下段に加速度［ｍ／ｓ^２］の時間変化を示している。なお、図１２においては、先行車を基準とした場合の自車との速度差を速度偏差Ｖ_ｅｒｒとし、目標車間距離Ｄ^＊に対する車間距離Ｄとの差を目標車間偏差Ｄ_ｅｒｒとし、時刻τ_ｄにおける速度を中間速度Ｖ_ｍｉｄとして示す。また、図１２においては、前半の時間τ_ｄでの加速度をａ_０、後半の時間τ_ｄでの加速度をａ_１として示す。

図１２に示されるように、時定数τ_ｄが何れの場合も２×τ_ｄの時間で目標車間距離Ｄ^＊に収束し、自車の速度Ｖは先行車の速度Ｖ_ｌｅａｄに収束する。より具体的には、フィルタ時定数τ_ｄを小さく設定した場合、短時間で目標値に収束しようとするため、時定数に相当する時間τ_ｄをかけて加速して車間距離を詰めた後、時間τ_ｄをかけて減速する目標軌道となる。また、フィルタ時定数τ_ｄを中程度に設定した場合、時間をかけて目標値に収束しようとするため、２×τ_ｄの時間をかけて減速しながら車間距離を詰める目標軌道となる。また、フィルタ時定数τ_ｄを大きく設定した場合、最も時間をかけて目標値に収束しようとするため、一旦、目標車間距離よりも先行車に接近した後、徐々に車間を離す目標軌道となる。このように、本実施の形態によればフィルタ時定数τ_ｄの大きさに応じて異なる目標軌道を設計することができる。

次に、フィルタ時定数τ_ｄと速度および車間距離の関係について説明する。まず、先行車速Ｖ_ｌｅａｄを基準とした場合の自車速Ｖとの速度差である速度偏差Ｖ_ｅｒｒおよび、目標車間距離Ｄ^＊に対する車間距離Ｄの偏差である目標車間偏差Ｄ_ｅｒｒは、それぞれ以下の数式（１９）および数式（２０）で表される。数式（１９）に示されるように、速度偏差Ｖ_ｅｒｒは先行車から見た自車の相対速度であり、先行車の相対速度ｄＶの正負を反転させた値である。

図１２における車間距離、速度、加速度およびフィルタ時定数τ_ｄとの間には、以下の数式（２１）、（２２）および（２３）の関係が成り立つ。

数式（２１）〜数式（２３）を整理すると、時定数τ_ｄは以下の式（２４）で算出される。これは、加速度ａ_０を決定すれば、車間距離および速度のそれぞれの目標値との偏差からフィルタ時定数τ_ｄが演算できることを示している。

次に、目標軌道における最接近距離について説明する。図１２において、フィルタ時定数τ_ｄを大きく設定した場合に先行車に最も接近した時の車間距離、すなわち追従過程における車間距離の最小値を最接近距離Ｄ_ｍｉｎとすると、追従過程の前半の加速度（減速度）の平均値の大きさａ_０と最接近距離Ｄ_ｍｉｎとの間には、以下の数式（２５）で表される関係がある。

数式（２５）は、最接近距離Ｄ_ｍｉｎを大きくすると、加速度（減速度）が大きくなることを示しており、設計目標（２）を優先すると設計目標（１）の減速度の抑制ができないことを示している。

そして、数式（２４）と数式（２５）は、所望の最接近距離Ｄ_ｍｉｎを決定すればフィルタ時定数τ_ｄが演算できることを示している。

ここで、最接近距離の設計値Ｄ_ｓｅｔ１およびＤ_ｓｅｔ２（０＜Ｄ_ｓｅｔ２≦Ｄ_ｓｅｔ１）と、加速度の設計値ａ_ｓｅｔ０、ａ_ｓｅｔ１、ａ_ｓｅｔ２およびａ_ｓｅｔ３（ａ_ｓｅｔ３≦ａ_ｓｅｔ２≦ａ_ｓｅｔ１＜０＜ａ_ｓｅｔ０）を設計パラメータとして定義する。

追従過程における最接近距離Ｄ_ｍｉｎが設計値Ｄ_ｓｅｔ１およびＤ_ｓｅｔ２となる車間維持減速度ａ_ｂｒｋ１およびａ_ｂｒｋ２は、それぞれ以下の数式（２６）および数式（２７）で求めることができる。

数式（２６）および数式（２７）の分母のｍａｘ関数で表されるｍａｘ演算は、それぞれ車間距離Ｄの初期値が設計値Ｄ_ｓｅｔ１およびＤ_ｓｅｔ２より小さい場合の例外処理である。すなわち、微小距離ΔＤは設計パラメータであり、車間距離Ｄの初期値が設計値より小さい場合に車間距離Ｄの初期値から微小距離ΔＤだけ先行車への接近を許容することを表している。

図１３には、車間維持減速度（ａ_ｂｒｋ１、ａ_ｂｒｋ２）と加速度設計値（ａ_ｓｅｔ０、ａ_ｓｅｔ１、ａ_ｓｅｔ２、ａ_ｓｅｔ３）の大小関係から、追従過程における乗り心地の向上と不安感の抑制の両方の設計目標を考慮した本設計手法により決定した加速度最終設計値ａ_ｐｌａｎ［ｍ／ｓ^２］を示す。

図１３においては、Ｎｏ１〜６の条件と、それぞれに対応する加速度最終設計値ａ_ｐｌａｎを示しており、Ｎｏ１〜６の順番に優先度が高く設定されている。優先度が上位の条件が満たされない場合には、より優先度が下位の条件で判定を行う。そして、優先度が下位の条件になるほど加速度最終設計値ａ_ｐｌａｎは負の方向に大きくなり、強い減速となる。

自車よりも先行車の方が速い場合は、図１３のＮｏ１の条件、すなわちＶ_ｅｒｒ＜０に適合し、正の加速度設計値ａ_ｓｅｔ０を用いてフィルタ時定数τ_ｄを計算する。

一方、自車の方が速く、速度偏差Ｖ_ｅｒｒが小さい、または車間距離Ｄが大きい場合は、Ｎｏ２の条件、すなわちＶ_ｅｒｒ≧０かつａ_ｓｅｔ１≦ａ_ｂｒｋ１に適合し、最も小さい減速度の設計値ａ_ｓｅｔ１を用いてフィルタ時定数τ_ｄを計算する。

また、自車の方が速く、速度偏差Ｖ_ｅｒｒが大きい、または車間距離Ｄが小さい場合は、Ｎｏ３の条件、すなわちＶ_ｅｒｒ≧０かつａ_ｓｅｔ２≦ａ_ｂｒｋ１＜ａ_ｓｅｔ１に適合し、車間維持減速度ａ_ｂｒｋ１を用いてフィルタ時定数τ_ｄを計算する。この場合、最接近距離Ｄ_ｍｉｎは、設計値Ｄ_ｓｅｔ１となる。

Ｎｏ４の条件は、Ｖ_ｅｒｒ≧０かつａ_ｂｒｋ２≦ａ_ｓｅｔ２＜ａ_ｂｒｋ１であり、これに適合する場合は２番目に小さい減速度の設計値ａ_ｓｅｔ２を用いてフィルタ時定数τ_ｄを計算する。

Ｎｏ５の条件は、Ｖ_ｅｒｒ≧０かつａ_ｓｅｔ３≦ａ_ｂｒｋ２＜ａ_ｓｅｔ２であり、これに適合する場合は車間維持減速度ａ_ｂｒｋ２を用いてフィルタ時定数τ_ｄを計算する。この場合、最接近距離Ｄ_ｍｉｎは、設計値Ｄ_ｓｅｔ２となる。

Ｎｏ６の条件は、Ｖ_ｅｒｒ≧０かつａ_ｂｒｋ２＜ａ_ｓｅｔ３であり、これに適合する場合は３番目に小さい減速度の設計値ａ_ｓｅｔ３を用いてフィルタ時定数τ_ｄを計算する。

以上のように、図１３のＮｏ１、２、４および６の条件に適合する場合は、追従過程における前半の加速度または減速度の平均値が加速度最終設計値となるようにフィルタ時定数τ_dを計算し、Ｎｏ３および５の条件に適合する場合は、追従過程における最接近距離が最接近距離設計値となるようにフィルタ時定数τ_dを計算することとなる。

図１４は、図１３に示した加速度最終設計値を用いた場合に、加速度最終設計値ａ_ｐｌａｎが各加速度設計値ａ_ｓｅｔ＊（ａ_ｓｅｔ０、ａ_ｓｅｔ１、ａ_ｓｅｔ２、ａ_ｓｅｔ３）以上であるか否かの判定結果と、最接近距離Ｄ_ｍｉｎが各最接近距離設計値Ｄ_ｓｅｔ＊（Ｄ_ｓｅｔ１、Ｄ_ｓｅｔ２）以上であるか否かの判定結果を示している。

例えば、Ｎｏ１の加速度最終設計値（ａ_ｐｌａｎ＝ａ_ｓｅｔ０）を用いた場合、加速度最終設計値ａ_ｐｌａｎは、全ての加速度設計値ａ_ｓｅｔ＊以上を達成し、Ｎｏ１における最接近距離Ｄ_ｍｉｎは全ての最接近距離設計値Ｄ_ｓｅｔ＊以上を達成している。

また、Ｎｏ２の加速度最終設計値（ａ_ｐｌａｎ＝ａ_ｓｅｔ１）を用いた場合、加速度最終設計値ａ_ｐｌａｎは、加速度設計値ａ_ｓｅｔ０を除く全ての加速度設計値ａ_ｓｅｔ＊以上を達成し、Ｎｏ２における最接近距離Ｄ_ｍｉｎは全ての最接近距離設計値Ｄ_ｓｅｔ＊以上を達成している。

また、Ｎｏ３の加速度最終設計値（ａ_ｐｌａｎ＝_ｂｒｋ１）を用いた場合、加速度最終設計値ａ_ｐｌａｎは、加速度設計値ａ_ｓｅｔ０とａ_ｓｅｔ１を除く全ての加速度設計値ａ_ｓｅｔ＊以上を達成し、Ｎｏ３における最接近距離Ｄ_ｍｉｎは全ての最接近距離設計値Ｄ_ｓｅｔ＊以上を達成している。

このように、優先度が上位の加速度最終設計値ほど達成する条件が多くなる。本設計手法では、加速度と最接近距離の設計値を複数準備し、それらの複数の設計値が可能な限り多く条件に適合するようにフィルタ時定数τ_ｄを決定する。

これにより、最接近距離を大きくすることと、加速度（減速度）の大きさを小さくすることの両方を考慮して目標軌道生成部１０３の応答特性を決定することができる。また、先行車の方が速い場合、遅い場合の両方を考慮して目標軌道生成部の応答特性を決定することができる。

＜車間距離制御動作＞
次に、車間距離制御装置３００による各走行シーンに対する車間距離制御動作について、シミュレーション結果に基づいて説明する。

図１５には、本シミュレーションに使用する目標軌道設計部１０６の設計パラメータである加速度設計値、最接近距離設計値および微小距離設計値を示す。なお、最接近距離は０＜Ｄ_ｓｅｔ２≦Ｄ_ｓｅｔ１、加速度はａ_ｓｅｔ３≦ａ_ｓｅｔ２≦ａ_ｓｅｔ１＜０＜ａ_ｓｅｔ０を満たすように各パラメータを設定している。

より具体的には、加速度設計値ａ_ｓｅｔ０、ａ_ｓｅｔ１、ａ_ｓｅｔ２およびａ_ｓｅｔ３のそれぞれの値（単位ｍ／ｓ^２）は、＋０．５、−０．２、−０．５および−０．４であり、加速用、小減速用、中減速用および大減速用に適用される。

また、最接近距離設計値Ｄ_ｓｅｔ１およびＤ_ｓｅｔ２のそれぞれの値（単位ｍ）は、ｍａｘ（Ｄ^＊，Ｄ_ｓｅｔ２）および２０である。また、微小距離設計値ΔＤの値（単位ｍ）は５である。

図１６には車間距離、速度、相対速度および加速度のシミュレーション結果を示しており、図の配列はこれまでのシミュレーション結果と同じである。なお、走行シーンは、図５を用いて説明した、自車ＯＶが遠方の遅い先行車ＬＶに接近する走行シーンとする。

図１６では、自車ＯＶは減速しながら先行車ＬＶに接近し、車間距離Ｄが初期値１００［ｍ］から約２０［ｍ］まで接近した後で車間距離を離し、目標車間距離Ｄ^＊＝４０［ｍ］に収束する。自車速Ｖは１００［ｋｍ／ｈ］から約５５［ｋｍ／ｈ］まで緩やかに減速した後で加速し、先行車速Ｖ_ｌｅａｄ＝６０［ｋｍ／ｈ］に収束する。

ここで、目標軌道設計部１０６では、最接近距離Ｄ_ｍｉｎ＝設計値Ｄ_ｓｅｔ２＝２０［ｍ］となるように目標軌道が設計されている。そのため、車間距離Ｄの時間変化における最小値が２０［ｍ］となり、設計通りに制御できている。なお、フィルタ時定数τ_１ｄ＝τ_２ｄ＝τ_ｄ＝１７［ｓ］であり、τ_１ｄ＋τ_２ｄ＝約３４［ｓ］の時間で目標値に収束する。

以上説明したように、本発明に係る実施の形態３の車間距離制御装置３００においては、目標軌道設計部１０６が、追従過程における加速度または減速度の大きさを小さくし、追従過程における最接近距離を大きくするためのフィルタ時定数τ_ｄを演算する。これにより、目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊と目標軌道微分値ｄＶ_ｔｒｋ ^＊を定義するフィルタの応答特性を可変にすることができ、減速度抑制による乗り心地の向上と、最接近距離増大による不安感の抑制を両立した目標軌道を設計することができる。

また、追従過程における減速度の大きさが所望値、または最接近距離が所望値となる目標軌道を設計することができる。そして、フィードバック制御およびフィードフォワード制御により目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊通りに車間距離を制御することができる。

以上説明した車間距離制御装置３００の構成はコンピュータを用いて構成することができ、これらの各構成はコンピュータがプログラムを実行することで実現される。すなわち、図１１に示した車間距離制御装置３００は、例えば図２に示した処理回路２０により実現される。また、図１１に示した車間距離制御装置３００がプロセッサを用いて構成されている場合におけるハードウェア構成は、図３に示した構成となる。

＜実施の形態４＞
＜装置構成＞
図１７は、本発明に係る実施の形態４の車間距離制御装置４００の構成を示す機能ブロック図である。図１７に示すように車間距離制御装置４００は、先行車速演算部１０１、目標車間設定部１０２、目標軌道生成部１０３ＡおよびＦＢ制御部１０４を備えている。なお、図１７においては、図１を用いて説明した車間距離制御装置１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

目標軌道生成部１０３Ａは、減算器４００１により車間距離Ｄから目標車間距離Ｄ^＊を差し引いた車間偏差Ｄ_ｅｒｒと相対速度ｄＶに基づいて、車間偏差Ｄ_ｅｒｒが０に収束するまでの時間履歴を定義する偏差軌道Ｄ_{ｅｒｒ＿ｔｒｋ} ^＊と目標軌道微分値ｄＶ_ｔｒｋ ^＊を生成する。

ＦＢ制御部１０４は、加算器４００２により目標車間距離Ｄ^＊と偏差軌道Ｄ_{ｅｒｒ＿ｔｒｋ} ^＊とを加算した目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊と、目標軌道微分値ｄＶ_ｔｒｋ ^＊と、車間距離Ｄと、相対速度ｄＶとに基づいて加速度指令ａ^＊を生成して車両駆動部１２に入力する。

＜動作＞
次に、車間距離制御装置４００の各部の動作について詳細に説明する。実施の形態１の車間距離制御装置１００の目標軌道生成部１０３においては、入力の初期値を車間距離Ｄとし、入力微分値の初期値を相対速度ｄＶとして、目標車間距離Ｄ^＊を２段移動平均フィルタＦ_ｄｒｅｆ（ｓ）に入力していた。それに対し、車間距離制御装置４００における目標軌道生成部１０３Ａは、入力の初期値を車間偏差Ｄ_ｅｒｒ＝Ｄ−Ｄ^＊とし、入力微分値の初期値を相対速度ｄＶとし、０（ゼロ）を２段移動平均フィルタＦ_ｄｒｅｆ（ｓ）に入力する。これにより、偏差軌道Ｄ_{ｅｒｒ＿ｔｒｋ} ^＊は車間偏差がＤ_ｅｒｒから０に収束するまでの時間履歴を生成することができる。また、入力が０であるため、出力の偏差軌道Ｄ_{ｅｒｒ＿ｔｒｋ} ^＊は０に収束し、それ以降は０のまま変化しない。

ＦＢ制御部１０４は、以下の数式（２８）に示される、目標軌道生成部１０３Ａの出力である偏差軌道Ｄ_{ｅｒｒ＿ｔｒｋ} ^＊に目標車間距離Ｄ^＊を加算した目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊と、目標軌道微分値ｄＶ_ｔｒｋ ^＊とを目標値とする。

そして、実施の形態１で説明した数式（９）によりフィードバック加速度指令ａ_ＦＢ ^＊を演算する。

このような構成を採ることで、制御開始時の車間距離Ｄと目標車間距離Ｄ^＊との偏差にのみ目標軌道生成部１０３Ａのフィルタを作用させ、制御開始後の目標車間距離Ｄ^＊の変動に対しては目標軌道生成部１０３Ａにおけるフィルタを作用させない設定とすることができる。

＜変形例１＞
＜装置構成＞
図１８は本発明に係る実施の形態４の変形例の車間距離制御装置４００Ａの構成を示す機能ブロック図である。図１８に示すように車間距離制御装置４００Ａは、図１７に示した車間距離制御装置４００の構成に、さらにＦＦ制御部１０５Ａを備えた構成となっている。

ＦＦ制御部１０５Ａには、減算器４００１により機車間距離Ｄから目標車間距離Ｄ^＊を差し引いた車間偏差Ｄ_ｅｒｒが入力され、フィードフォワード加速度指令ａ_ＦＦ ^＊を演算する。

ＦＢ制御部１０４の出力であるフィードバック加速度指令ａ_ＦＢ ^＊とＦＦ制御部１０５Ａの出力であるフィードフォワード加速度指令ａ_ＦＦ ^＊は、加算器４００３で加算され、車間距離制御装置４００の出力である加速度指令ａ^＊は、フィードバック加速度指令ａ_ＦＢ ^＊とフィードフォワード加速度指令ａ_ＦＦ ^＊との和として車両駆動部１２に与えられる。

＜動作＞
次に、車間距離制御装置４００Ａの各部の動作について詳細に説明する。実施の形態２の車間距離制御装置２００のＦＦ制御部１０５においては、入力の初期値を車間距離Ｄとし、入力微分値の初期値を相対速度ｄＶとし、目標車間距離Ｄ^＊を伝達関数Ｃ_ＦＦ（ｓ）に入力した。それに対し、車間距離制御装置４００ＡにおけるＦＦ制御部１０５Ａは、入力の初期値を車間偏差Ｄ_ｅｒｒ＝Ｄ−Ｄ^＊とし、入力微分値の初期値を相対速度ｄＶとし、伝達関数Ｃ_ＦＦ（ｓ）に０を入力する。これにより、車間偏差がＤ_ｅｒｒから０に収束するまでの時間履歴である偏差軌道Ｄ_{ｅｒｒ＿ｔｒｋ} ^＊に追従するためのフィードフォワード加速度指令ａ_ＦＦ ^＊を生成することができる。また、入力が０であるため、フィードフォワード加速度指令ａ_ＦＦ ^＊は０に収束し、それ以降は０のまま変化しない。

これにより、制御開始時の車間距離Ｄと目標車間距離Ｄ^＊との車間偏差はフィードフォワード制御で制御し、制御開始後の目標車間距離Ｄ^＊の変動に対してはフィードバック制御で制御するように車間距離制御の機能を分離することができ、車間距離制御の応答設計が容易になる。

＜変形例２＞
＜装置構成＞
図１９は本発明に係る実施の形態４の変形例の車間距離制御装置４００Ｂの構成を示す機能ブロック図である。図１９に示すように車間距離制御装置４００Ｂは、図１８に示した車間距離制御装置４００Ａの構成に、さらに目標軌道設計部１０６を備えた構成となっている。

目標軌道設計部１０６には車間距離Ｄ、相対速度ｄＶ、目標車間設定部１０２から出力される目標車間距離Ｄ^＊が入力される。そして、フィルタ時定数τ_ｄを演算し、目標軌道生成部１０３およびＦＦ制御部１０５Ａに入力する。

車間距離制御装置４００Ｂにおける目標軌道設計部１０６の動作は、実施の形態３における目標軌道設計部１０６の動作と同一であり、説明は省略する。

これにより、制御開始時の車間距離Ｄと目標車間距離Ｄ^＊との車間偏差はフィードフォワード制御で制御し、制御開始後の目標車間距離Ｄ^＊の変動に対してはフィードバック制御で制御するように車間距離制御の機能を分離した構成において、制御開始時の車間距離Ｄと目標車間距離Ｄ^＊との車間偏差を収束させる応答特性を可変にすることができ、走行状況に合わせた応答特性の設定が可能となる。

＜車間距離制御動作＞
次に、図１７〜図１９に示した車間距離制御装置４００、車間距離制御装置４００Ａおよび車間距離制御装置４００Ｂにおける各走行シーンに対する車間距離制御動作について、シミュレーション結果に基づいて説明する。なお、最初の走行シーンは図５と同様、自車ＯＶが遠方の遅い先行車ＬＶに接近する走行シーンとする。

＜車間距離制御装置４００のシミュレーション結果＞
まず、図５の走行シーンにおける車間距離制御装置４００のシミュレーション結果を図２０に示す。図２０には車間距離、速度、相対速度および加速度のシミュレーション結果を示しており、図の配列はこれまでのシミュレーション結果と同じである。

目標軌道生成部１０３Ａの２段移動平均フィルタの時定数をτ_１ｄ＝τ_２ｄ＝１０［ｓ］に設定すると、図２０に示すシミュレーション結果は実施の形態１における図６に示すシミュレーション結果と同一となる。すなわち、目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊は車間距離Ｄが目標車間距離Ｄ^＊へ収束する時間履歴を定義しており、目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊通りに車間距離を制御できる。

図２１は自車ＯＶが目標車間距離Ｄ^＊を維持して先行車ＬＶに追従走行している状態から、先行車ＬＶが減速する走行シーンを示している。自車ＯＶは先行車ＬＶに合わせて減速しながら、先行車の減速に伴って減少した目標車間距離Ｄ^＊に一致するよう車間距離Ｄを制御する。

図２１の走行シーンにおける車間距離制御装置４００のシミュレーション結果を図２２に示し、車間距離制御装置４００Ａのシミュレーション結果を図２３に示す。図２２および図２３には車間距離、速度、相対速度および加速度のシミュレーション結果を示しており、図の配列はこれまでのシミュレーション結果と同じである。

図２２に示す車間距離制御装置４００のシミュレーション結果は、初期状態では自車速Ｖ＝先行車速Ｖ_ｌｅａｄ＝６０［ｋｍ／ｈ］、車間距離Ｄ＝目標車間距離Ｄ^＊＝４０［ｍ］である。制御開始後、先行車は１．０［ｍ／ｓ^２］で減速して停車するため、自車も先行車に合わせて減速して停車する。停車時の車間距離は目標車間距離Ｄ^＊＝Ｄ_ｓｔｏｐ＝５［ｍ］である。目標軌道生成部１０３Ａの入力の初期値である車間偏差Ｄ_ｅｒｒおよび相対速度ｄＶが共に０のため、目標軌道生成部１０３Ａの出力である偏差軌道Ｄ_{ｅｒｒ＿ｔｒｋ} ^＊と目標軌道微分値ｄＶ_ｔｒｋ ^＊は常に０である。そのため、図２２の上から１段目の車間距離の時間変化における目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊は、常に目標車間距離Ｄ^＊と一致し、上から３段目の相対速度の時間変化における目標軌道微分値ｄＶ_ｔｒｋ ^＊は常に０である。この場合、ＦＢ制御部１０４は車間距離Ｄを目標車間距離Ｄ^＊に、相対速度ｄＶを０に収束させるためのフィードバック制御動作をする。

従って、図２１の走行シーンでは目標軌道生成部１０３Ａは作用せず、先行車ＬＶの減速に対する応答特性はフィードバック制御のゲインのみによって決定される。

図２３に示す車間距離制御装置４００Ａのシミュレーション結果の上から４段目の加速度の時間変化では、加速度指令ａ^＊の内訳としてフィードバック加速度指令ａ_ＦＦ ^＊を図示している。

ＦＦ制御部１０５Ａの入力の初期値である車間偏差Ｄ_ｅｒｒおよび相対速度ｄＶが共に０であるため、ＦＦ制御部１０５Ａの出力であるフィードフォワード加速度指令ａ_ＦＦ ^＊は常に０である。従って、図２１の走行シーンにおいては、車間距離制御装置４００Ａの動作は車間距離制御装置４００と同一の動作となる。

図２４は自車ＯＶが遠方の遅い先行車ＬＶに接近している最中に、先行車ＬＶが減速する走行シーンである。自車ＯＶは遅い先行車ＬＶに合わせるために減速する動作と、先行車ＬＶの減速に合わせて減速する動作を同時に行う。

図２４の走行シーンにおける車間距離制御装置４００のシミュレーション結果を図２５に示し、車間距離制御装置４００Ａのシミュレーション結果を図２６に示し、車間距離制御装置４００Ｂのシミュレーション結果を図２７に示す。図２５〜図２７には車間距離、速度、相対速度および加速度のシミュレーション結果を示しており、図の配列はこれまでのシミュレーション結果と同じである。

図２５に示す車間距離制御装置４００のシミュレーション結果は、初期状態では自車速Ｖ＝８０［ｋｍ／ｈ］、先行車速Ｖ_ｌｅａｄ＝６０［ｋｍ／ｈ］、車間距離Ｄ＝８０［ｍ］、目標車間距離Ｄ^＊＝４０［ｍ］である。制御開始後、先行車は１．０［ｍ／ｓ^２］で減速して停車するため、自車も先行車に合わせて減速して停車する。目標軌道生成部１０３Ａは、車間偏差Ｄ_ｅｒｒ＝Ｄ−Ｄ^＊＝４０［ｍ］が０に収束するまでの時間履歴である偏差軌道Ｄ_{ｅｒｒ＿ｔｒｋ} ^＊を生成する。

制御開始後、先行車ＬＶが減速して停車するにつれて、目標車間距離Ｄ^＊は４０［ｍ］から５［ｍ］に減少する。そのため、偏差軌道Ｄ_{ｅｒｒ＿ｔｒｋ} ^＊と目標車間距離Ｄ^＊との和である目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊は、車間距離の初期値８０［ｍ］から停車時の目標車間距離５［ｍ］までの時間履歴を生成する。そして、目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊と車間距離Ｄが一致するようにフィードバック制御することで、「遅い先行車ＬＶに合わせるために減速する動作」と「先行車ＬＶの減速に合わせて減速する動作」を同時に実現できる。

また、図２５の上から４段目の加速度［ｍ／ｓ^２］の時間変化では、加速度指令ａ^＊の内訳としてＦＦ制御部１０５Ａの出力であるフィードバック加速度指令ａ_ＦＦ ^＊を図示している。ＦＦ制御部１０５Ａでは、入力の初期値である車間偏差Ｄ_ｅｒｒ＝４０［ｍ］および相対速度ｄＶ＝−２０［ｋｍ／ｈ］から、車間偏差Ｄ_ｅｒｒを収束させるためのフィードフォワード加速指令ａ_ＦＦ ^＊が演算される。

なお、図２５のシミュレーション結果は、２段移動平均フィルタの時定数をτ_１ｄ＝τ_２ｄ＝１０［ｓ］で設定しているため、τ_１ｄ＋τ_２ｄ＝２０［ｓ］で０に収束して、以降は０を維持する。

車間距離制御装置４００Ａのシミュレーション結果を示す図２６は、目標軌道設計部１０６を用いてフィルタ時定数τ_ｄが設計されており、この場合はτ_１ｄ＋τ_２ｄ＝１８［ｓ］である。そのため、τ_１ｄ＋τ_２ｄ＝３６［ｓ］で０に収束して、以降は０を維持する。

以上説明したように、本発明に係る実施の形態４においては、目標軌道生成部１０３Ａは、車間偏差Ｄ_ｅｒｒが０に収束するまでの時間履歴を定義する偏差軌道Ｄ_{ｅｒｒ＿ｔｒｋ} ^＊を生成し、ＦＢ制御部１０４は偏差軌道Ｄ_{ｅｒｒ＿ｔｒｋ} ^＊と目標車間距離Ｄ^＊との和である目標軌道Ｄ_ｔｒｋ ^＊を目標値としてフィードバック制御を行う。この構成により、制御開始時の車間距離Ｄと目標車間距離Ｄ^＊の偏差にのみ目標軌道生成部１０３Ａのフィルタを作用させ、制御開始後の目標車間距離Ｄ^＊の変動に対しては目標軌道生成部１０３Ａのフィルタを作用させないよう設定することができる。

さらに、実施の形態４の変形例である車間距離制御装置４００Ａにおいては、ＦＦ制御部１０５Ａを備えることで、制御開始時の車間距離Ｄと目標車間距離Ｄ^＊の偏差を収束させる動作をフィードフォワード制御に対応させることができる。この構成により、遠方の遅い先行車を検知して減速しながら接近するシーンに対しては、目標軌道生成部１０３Ａで応答特性を定義してＦＦ制御部１０５Ａで加速度指令を生成し、先行車が減速して停車するシーンに対してはフィードバックゲインで応答特性を定義してＦＢ制御部１０４で加速度指令を生成することができる。

また、実施の形態４の変形例である車間距離制御装置４００Ｂにおいては、目標軌道生成部１０３Ａの応答特性を、「減速度抑制による乗り心地の向上」と「最接近距離増大による不安感の抑制」を両立して目標軌道を設計することができる。

以上のように、走行シーン毎に必要な応答特性を分離することで、車間距離制御装置の応答特性の設計が容易となり、あらゆる走行状況に応じてドライバのフィーリングに合う車間距離制御装置を実現することができる。

以上説明した車間距離制御装置４００、４００Ａおよび４００Ｂの構成は、コンピュータを用いて構成することができ、これらの各構成はコンピュータがプログラムを実行することで実現される。すなわち、図１７に示した車間距離制御装置４００、図１８に示した車間距離制御装置４００Ａ、図１９に示した車間距離制御装置４００Ｂは、例えば図２に示した処理回路２０により実現される。また、図１７に示した車間距離制御装置４００、図１８に示した車間距離制御装置４００Ａ、図１９に示した車間距離制御装置４００Ｂがプロセッサを用いて構成されている場合におけるハードウェア構成は、図３に示した構成となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１２ 車両制御部、１０１ 先行車速演算部、１０２ 目標車間設定部、１０３，１０３Ａ 目標軌道生成部、１０４ ＦＢ制御部、１０５，１０５Ａ ＦＦ制御部、１０６ 目標軌道設計部。

Claims (10)

1. 先行車との車間距離、前記先行車との相対速度および自車の速度に基づいて加速度指令を演算し、車両の駆動を制御する車両駆動部に入力することで、前記先行車との前記車間距離を制御する車間距離制御装置であって、
   前記自車の速度と前記先行車との前記相対速度に基づいて前記先行車の速度を演算する先行車速演算部と、
   前記先行車の速度に基づいて前記先行車との目標車間距離を設定する目標車間設定部と、
   前記車間距離の初期値から前記目標車間距離に到達するまでの前記車間距離の時間履歴を定義する目標軌道、および前記目標軌道の微分値である目標軌道微分値を生成する目標軌道生成部と、
   前記目標軌道と前記車間距離との偏差および前記目標軌道微分値と前記相対速度との偏差に、それぞれゲインを乗算してフィードバック加速度指令を演算するフィードバック制御部と、を備え、
   前記フィードバック加速度指令を前記加速度指令として出力する車間距離制御装置。
2. 前記目標軌道生成部の伝達関数と、前記車両駆動部の逆伝達関数を用いて、前記車間距離および前記相対速度をそれぞれ入力および入力微分値の初期値とし、前記目標車間距離を入力としてフィードフォワード加速度指令を演算するフィードフォワード制御部を備え、
   前記フィードバック制御部の出力である前記フィードバック加速度指令と、前記フィードフォワード制御部の出力である前記フィードフォワード加速度指令との和を前記加速度指令とする、請求項１記載の車間距離制御装置。
3. 前記目標軌道生成部は、
   ２つの移動平均フィルタを連続させた２段移動平均フィルタを有し、
   前記車間距離、前記目標車間距離および前記相対速度に基づいて前記目標軌道生成部の応答特性を規定するフィルタ時定数を演算する目標軌道設計部を備え、
   前記目標軌道生成部は、
   前記フィルタ時定数に基づいて前記目標軌道を生成し、
   前記フィードフォワード制御部は、
   前記フィルタ時定数に基づいて前記フィードフォワード加速度指令を演算する、請求項２記載の車間距離制御装置。
4. 先行車との車間距離、前記先行車との相対速度および自車の速度に基づいて加速度指令を演算し、車両の駆動を制御する車両駆動部に入力することで、前記先行車との前記車間距離を制御する車間距離制御装置であって、
   前記自車の速度と前記先行車との前記相対速度に基づいて前記先行車の速度を演算する先行車速演算部と、
   前記先行車の速度に基づいて前記先行車との目標車間距離を設定する目標車間設定部と、
   前記車間距離から前記目標車間距離を差し引いた車間偏差が０に到達するまでの車間偏差の時間履歴を定義する偏差軌道および該偏差軌道の微分値である目標軌道微分値を生成する目標軌道生成部と、
   前記偏差軌道と前記目標車間距離との和を目標軌道とし、前記目標軌道と前記車間距離との偏差および前記目標軌道微分値と前記相対速度との偏差に、それぞれゲインを乗算してフィードバック加速度指令を演算するフィードバック制御部と、を備え、
   前記フィードバック加速度指令を前記加速度指令として出力する車間距離制御装置。
5. 前記目標軌道生成部の伝達関数と、前記車両駆動部の逆伝達関数を用いて、前記車間距離から前記目標車間距離を差し引いた車間偏差および前記相対速度をそれぞれ入力および入力微分値の初期値とし、ゼロを入力としてフィードフォワード加速度指令を演算するフィードフォワード制御部を備え、
   前記フィードバック制御部の出力である前記フィードバック加速度指令と、前記フィードフォワード制御部の出力である前記フィードフォワード加速度指令との和を前記加速度指令とする、請求項４記載の車間距離制御装置。
6. 前記目標軌道生成部は、
   ２つの移動平均フィルタを連続させた２段移動平均フィルタを有し、
   前記車間距離、前記目標車間距離および前記相対速度に基づいて前記目標軌道生成部の応答特性を規定するフィルタ時定数を演算する目標軌道設計部を備え、
   前記目標軌道生成部は、
   前記フィルタ時定数に基づいて前記目標軌道を生成し、
   前記フィードフォワード制御部は、
   前記フィルタ時定数に基づいて前記フィードフォワード加速度指令を演算する、請求項５記載の車間距離制御装置。
7. 前記目標軌道設計部は、
   前記車間距離が前記目標車間距離に収束し、前記相対速度がゼロに収束するまでの追従過程における前半の加速度の平均値が、予め設定した加速度設計値となるように前記目標軌道生成部の前記フィルタ時定数を決定する、請求項３または請求項６記載の車間距離制御装置。
8. 前記目標軌道設計部は、
   前記車間距離が前記目標車間距離に収束し、前記相対速度がゼロに収束するまでの追従過程における前記車間距離の最小値である最接近距離が、予め設定した最接近距離設計値となるように前記目標軌道生成部のフィルタ時定数を決定する、請求項３または請求項６記載の車間距離制御装置。
9. 前記目標軌道設計部は、
   前記車間距離、前記目標車間距離および前記相対速度によって定義される前記先行車の追従条件に基づいて、複数の加速度設計値および複数の最接近距離設計値を設定し、
   前記複数の加速度設計値のそれぞれは、追従過程における前半の加速度の平均値を規定し、
   前記複数の最接近距離設計値のそれぞれは、追従過程における前記車間距離の最小値で定義される最接近距離を規定し、
   前記複数の加速度設計値および前記複数の最接近距離設計値から、追従過程における最接近距離を大きくし、加速度または減速度の大きさを小さくするような加速度設計値および最接近距離設計値を選択することで、前記目標軌道生成部の応答特性を決定する、請求項３または請求項６記載の車間距離制御装置。
10. 前記ゲインは、
    前記目標軌道と前記車間距離との偏差に乗算する比例制御のゲインと、
    前記目標軌道微分値と前記相対速度との偏差に乗算する微分制御のゲインと、含む、請求項１または請求項４記載の車間距離制御装置。

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