JPWO2010084568A1 - 隊列走行制御システム及び車両 - Google Patents

Abstract

隊列走行制御システムは、例えば５台の車両が隊列を組んで走行するように各車両の走行状態を最適制御（ＬＱ制御）によって制御するシステムである。この５台の車両のうち後続の４台の車両の加速度指令値は、所定の評価関数を最小にするような値として決定され、評価関数は、各車両同士の車間距離の誤差と、各車両同士の車両間相対速度と、各車両の加速度指令値とに基づいて算出される。

Description

本発明は、複数の車両が隊列を組んで走行するように、隊列を構成する各構成車両の走行状態を制御する隊列走行制御システム、及びそのようなシステムを備える車両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、隊列の各後続車両が、それぞれ前車との車間距離を制御する方式が知られている。この方式では、先頭車両が道路勾配や風等の外乱を受けた際に、車間距離の誤差が後方の車両に伝播されていくといった問題がある。この問題に対して、特開平１０−１６２２８２号公報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

しかしながら、上記特許文献のシステムでは、先頭車両以外の何れかの後続車両が外乱を受けた場合には、この外乱にはほとんど対処することができないため、隊列の挙動が乱れ不安定となりやすい。また、後続車両同士の車間距離は制御されていないので、後続車両同士が必要以上に接近してしまった場合にも、これを復元しようとする作用は働かず、不安定である。このように、上記特許文献記載のシステムによる隊列走行は、比較的外乱に弱いという問題点がある。

そこで、本発明は、外乱に強い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及び車両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、複数の車両が隊列を組んで走行するように各車両の走行状態を制御する隊列走行制御システムであって、隊列を構成する構成車両のうち少なくとも一部の構成車両の走行制御量は、所定の評価値を最小にするような走行制御量として決定され、所定の評価値は、各構成車両間の相対関係に関する値と、構成車両のうち少なくとも１台の構成車両の走行制御量に関する値と、に基づいて算出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、隊列の構成車両の車両間の相対関係と、構成車両の走行制御量と、を考慮して隊列走行が制御されるので、各構成車両の車両間の相対関係を乱すような外乱にも強い隊列走行を実現することができる。

また、上記の所定の評価値は、各構成車両間の相対関係に関する値と、構成車両のうち少なくとも１台の構成車両の走行制御量に関する値と、のそれぞれに重み付けを行って算出される値であることとしてもよい。

この場合、各構成車両間の相対関係に関する値と、構成車両のうち少なくとも１台の構成車両の走行制御量に関する値と、がそれぞれ隊列走行の制御に及ぼす影響に対して、重み付けを行うことができる。

また、上記の構成車両間の相対関係に関する値は、各構成車両における直前の構成車両との各車間距離の誤差、又は各構成車両における直前の構成車両との各相対速度のうち、少なくとも一方を含むこととしてもよい。

この場合、構成車両同士の車間距離又は相対速度が考慮されるので、各構成車両同士の車間距離又は相対速度を乱すような外乱にも強く、車間安定性が高い隊列走行を実現することができる。

また、上記の少なくとも一部の構成車両には、隊列における先頭車両が含まれることとしてもよい。この構成によれば、先頭車両の走行状態も制御され、先頭車両の動きによっても外乱を吸収することができる。

また、この場合、上記の少なくとも１台の構成車両の走行制御量に関する値は、先頭車両の走行制御量と、先頭車両以外の後続車両の走行制御量と、のそれぞれに重み付けを行って算出される値であり、この重み付けにおける重みは、先頭車両と当該先頭車両の前方に存在する障害物との位置関係に基づいて決定されることとしてもよい。

本発明者らは、先頭車両の走行状態が制御される場合において、先頭車両と障害物との位置関係が良好でない場合（例えば、先頭車両と障害物とが近い場合）ほど、先頭車両の安全性が低いと考えられるので、先頭車両に制御が介入する度合いを控えめにするべきであることに着目した。この知見に鑑み、隊列走行制御システムの上記構成によれば、評価値において、先頭車両と障害物との位置関係に基づいて重み付けの重みが決定され、その重み付けによって先頭車両への制御介入の度合いと、後続車両への制御介入の度合いとのバランスが配分されるので、先頭車両の安全性に応じたバランスで先頭車両に制御を介入させることができる。その結果、例えば、先頭車両と障害物との距離が近いときに、先頭車両に対して大きな挙動が要求されるといったことが避けられる。

また、上記の所定の評価値は、各構成車両における直前の車両と間の各車間距離の誤差と、構成車両のうち少なくとも１台の構成車両の走行制御量と、のそれぞれに重み付けを行って算出される値であり、この重み付けにおける重みは、構成車両が走行する速度に基づいて決定されることとしてもよい。

本発明者らは、この種の車両の隊列走行において燃費向上を図るためには、低速走行時には、空気抵抗の影響が小さいので隊列の安定性よりも構成車両の加減速の低減が重要視され、逆に、高速走行時には空気抵抗の影響が大きいので構成車両の加減速の低減よりも隊列の安定性が重要視されるべきであることに着目した。この知見に鑑み、隊列走行制御システムの上記構成によれば、評価値において、構成車両の走行速度に基づいて重み付けの重みが決定され、隊列の安定性に関係する隊列の構成車両の車両間の相対関係と、構成車両の加減速の抑制に関係する構成車両の走行制御量と、のバランスが配分される。従って、このシステムによれば、隊列の安定性と、構成車両の加減速の抑制とを、隊列の走行速度に基づくバランスで考慮に含めた隊列走行制御が行われ、燃費向上を効率よく図ることができる。

本発明の車両は、上記何れかの隊列走行制御システムを備えたことを特徴とする。この車両は、上記何れかの隊列走行制御システムを備えているので、外乱に強い隊列走行を実現することができる。また、この場合、本発明の車両は、隊列の一構成車両になることもできる。

本発明の隊列走行制御システム及び車両によれば、外乱に強い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第１，第２，第４，第５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、隊列の構成車両が決定された時点で行う処理を示すフローチャートである。 図４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５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、従来制御第１による隊列走行に対して未知勾配外乱を付与した場合の、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車間誤差、車両間相対速度、及び加速度をそれぞれ示すグラフであり、図５（ｄ）は、従来制御第１による隊列走行制御のモデルを示す図である。 図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、従来制御第１による隊列走行に対して未知勾配外乱を付与した場合の、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車間誤差、車両間相対速度、及び加速度をそれぞれ示すグラフであり、図６（ｄ）は、従来制御第１による隊列走行制御のモデルを示す図である。 図７（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第１実施形態の隊列走行制御システムによる隊列走行に対して未知勾配外乱を付与した場合の、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車間誤差、車両間相対速度、及び加速度をそれぞれ示すグラフである。 図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、従来制御第１による隊列走行に対してインパルス状外乱を付与した場合の、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車間誤差、車両間相対速度、及び加速度をそれぞれ示すグラフであり、図８（ｄ）は、従来制御第１による隊列走行制御のモデルを示す図である。 図９（ａ），（ｂ），（ｃ）は、従来制御第１による隊列走行に対してインパルス状外乱を付与した場合の、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車間誤差、車両間相対速度、及び加速度をそれぞれ示すグラフであり、図９（ｄ）は、従来制御第１による隊列走行制御のモデルを示す図である。 図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第１実施形態の隊列走行制御システムによる隊列走行に対してインパルス状外乱を付与した場合の、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車間誤差、車両間相対速度、及び加速度をそれぞれ示すグラフである。 図１１は、第２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１２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第２実施形態の隊列走行制御システムによる隊列走行に対して未知勾配外乱を付与した場合の、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車間誤差、車両間相対速度、及び加速度をそれぞれ示すグラフである。 図１３は、本発明の隊列走行制御システムの第３実施形態を示すブロック図である。 図１４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１５は、先頭車両Ｃ_１のＴＴＣと、評価関数に含まれる重みε_ｕ１との関係を示すグラフである。 図１６は、第４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１７は、車速Ｖと、評価関数に含まれる重みε_ｕ，ε_Ｌとの関係を示すグラフである。 図１８は、第４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。

符号の説明

１，２０１，３０１，４０１，５０１…隊列走行制御システム、Ｃ_１〜Ｃ_５…車両、Ｃ_１…先頭車両、Ｃ_２〜Ｃ_５…後続車両。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る隊列走行制御システム及び車両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。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。

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、先頭車両Ｃ_１の走行状態に応じて、４台の後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５の走行状態が制御される。すなわち、先頭車両Ｃ_１は運転者により手動で運転され、先頭車両Ｃ_１の走行状態には隊列走行制御システム１の制御が介入しない。そして、隊列走行制御システム１は、運転者が手動運転する先頭車両Ｃ_１に追従するように、４台の後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５の走行状態を制御する。

隊列走行制御システム１によれば、各後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５の各加速度指令値ｕ_２〜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_２〜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_２〜Ｃ_５の加速度指令値ｕ_２〜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_２〜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）で表わす。そして、この状態空間方程式（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_２，ｕ_３，ｕ_４，ｕ_５）^Ｔ
ｕ_０：先頭車両の加速度指令値
ｕ_ｗ：道路勾配や風などの外乱
である。
また、式（１）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）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（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×４行の行列である。

そして、状態空間方程式（１）で表されるシステムの最適制御（ＬＱ制御）を行うための評価関数Ｊは、式（３）のように定められる。

式（３）中の車間誤差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_２〜ｕ_５に関する項には、それぞれ重み付けの重みε_Ｌ，ε_ｄＬ，ε_ｕ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_ｕ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、車両の加減速の低減（加減速のエネルギー節約）といった３つの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。従って、重みε_Ｌ，ε_ｄＬ，ε_ｕを調整することで、上記３要素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。なお、重みε_Ｌ，ε_ｄＬ，ε_ｕの値は、隊列走行制御システム１の設計者により所望の設計思想に基づいて予め決定され、車両制御ＥＣＵ１０の情報記憶部１０ａに予め記憶されている。

この式（３）の評価関数Ｊを最小にするようなフィードバックゲイン行列Ｋ_１は、隊列を構成する車両Ｃ_１〜Ｃ_５の５台の組が決定された時に、一意に求められる。そして、求められたフィードバックゲイン行列Ｋ_１を式（２）に適用する。そして、フィードバックゲイン行列Ｋ_１が適用された式（２）において、先頭車のｕ_１をフ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_２〜ｕ_５の組が求められる。

具体的には、式（２）に基づいて、フィードバックゲイン行列Ｋ_１に含まれる１３×４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_２〜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、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、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。

まず、隊列を構成する構成車両Ｃ_１〜Ｃ_５が決定された時点で、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車両制御ＥＣＵ１０が行う処理について図３を参照し説明する。

図３に示すように、隊列を構成する車両Ｃ_１〜Ｃ_５が決定された時、車両制御ＥＣＵ１０は、無線制御２６ａ及び無線制御ＥＣＵ２６を通じた車車間通信により、他のすべての構成車両の車両諸元情報を取得する。更に、情報記憶部１０ａに記録されている自車の車両諸元情報を読み出すことで、すべての車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車両諸元情報を取得する。（Ｓ１１）。この車両諸元情報には、各車両の加速応答特性等が含まれている。次に、車両制御ＥＣＵ１０は、取得されたすべての車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車両諸元情報に基づいて、式（１）の状態空間方程式及び式（３）の評価関数を作成し、評価関数Ｊを最小にするフィードバックゲイン行列Ｋ_１を算出する（Ｓ１３）。そして、車両制御ＥＣＵ１０は、算出したフィードバックゲイン行列Ｋ_１を情報記憶部１０ａに記録する（Ｓ１５）。

次に、隊列走行中における各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車両制御ＥＣＵ１０が行う処理について、図４を参照し説明する。

図４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（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。

次に、前述の式（２）において、先頭車両Ｃ_１の加速度指令値ｕ_１がフィードフォワードにセットされ（Ｓ１１１）、情報記録部１０ａからフィードバックゲイン行列Ｋ_１が読み込まれる（Ｓ１１３）。そして、式（２）より、フィードバックゲイン行列Ｋ_１を用いて、加速度指令値ｕ_１及び状態ベクトルｘに基づいて加速度指令値ベクトルｕ_ｃが算出される。すなわち、フィードバック制御指令値ｕ_２〜ｕ_５の組が求められる（Ｓ１１５）。

その後、車両Ｃ_２〜Ｃ_５の車両制御ＥＣＵ１０は、算出された加速度指令値ｕ_２〜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（Ｓ１３１）。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（Ｓ１３３）。以上のような図４のＳ１０１〜Ｓ１３３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、４台の後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５の加減速が先頭車両Ｃ１に対応して制御され、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制御によって全後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５の加速度指令値ｕ_２〜ｕ_５の組が決定される。そして、各後続車両Ｃ_２〜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_２〜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Ｃ₂〜Ｃ_５の加速度指令値ｕ_２〜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、４台の後続車両Ｃ_２〜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_２〜ｕ_５に関する項、各々に配分される重みε_Ｌ，ε_ｄＬ，ε_ｕ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。

続いて、この隊列走行制御システム１による車両Ｃ_１〜Ｃ_５の走行状態の外乱安定性を評価すべく本発明者らが行ったシミュレーションの結果について、図５〜図１０を参照し説明する。

本発明者らは、隊列走行制御システム１による車両Ｃ_１〜Ｃ_５の隊列走行制御において、隊列に対して所定の外乱が加えられた場合における車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４、及び加速度ａ_１〜ａ_５をシミュレーションにより求めた。また、本発明者らは、比較対象として、２種類の従来の２制御による隊列走行についても同様のシミュレーションを行った。この２種類の従来の制御とは、車両Ｃ_１〜Ｃ_５をばねダンパ緩衝ユニットで直列に結合したモデルを用いた隊列走行制御（図５（ｄ）参照；以下、「従来制御第１」と称する）と、後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５のそれぞれを並列してばねダンパ緩衝ユニットで車両Ｃ_１に結合したモデルを用いた隊列走行制御（図６（ｄ）参照；以下、「従来制御第２」と称する）である。これらのモデルのばねダンパ緩衝ユニットは、図５（ｄ）、図６（ｄ）に示すように、ばねｋとダンパｃとを並列に結合したものである。

図５には、従来制御第１において、隊列が１５ｋｍ／ｈで定常走行中に１ｄｅｇの未知道路勾配に進入した場合における各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４（図５（ａ））、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４（図５（ｂ））、及び加速度ａ_１〜ａ_５（図５（ｃ））を示している。

また、図６には、従来制御第２において、隊列が上記と同じ条件で未知道路勾配に進入した場合の各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４（図６（ａ））、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４（図６（ｂ））、及び加速度ａ_１〜ａ_５（図６（ｃ））を示している。

これに対し、図７には、隊列走行制御システム１による隊列走行制御において、隊列が上記と同じ条件で未知道路勾配に進入した場合の各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４（図７（ａ））、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４（図７（ｂ））、及び加速度ａ_１〜ａ_５（図７（ｃ））を示している。

更に、図８には、従来制御第１において、隊列が１００ｋｍ／ｈで定常走行中に、車両Ｃ_３に対して０．１Ｇのインパルス状外乱を付与した場合の各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４（図８（ａ））、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４（図８（ｂ））、及び加速度ａ_１〜ａ_５（図８（ｃ））を示している。

また、図９には、従来制御第２において、上記と同じ条件でインパルス状外乱を付与した場合の各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４（図９（ａ））、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４（図９（ｂ））、及び加速度ａ_１〜ａ_５（図９（ｃ））を示している。

これに対し、図１０には、隊列走行制御システム１による隊列走行制御において、上記と同じ条件でインパルス状外乱を付与した場合の各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４（図１０（ａ））、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４（図１０（ｂ））、及び加速度ａ_１〜ａ_５（図１０（ｃ））を示している。

なお、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４を示す図５（ａ）〜図１０（ａ）の縦軸のスケールはすべて同一であり、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４を示す図５（ｂ）〜図１０（ｂ）の縦軸のスケールはすべて同一であり、加速度ａ_１〜ａ_５を示す図５（ｃ）〜図１０（ｃ）の縦軸のスケールはすべて同一である。また、時間を示す各図の横軸のスケールはすべて共通である。

以下、図５〜図１０を比較しながら、シミュレーション結果の考察を行う。

隊列が前述の道路勾配進入時のような未知勾配外乱を受けた場合について、図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）を比較すると、隊列走行制御システム１による隊列走行制御（図７（ａ））では、従来制御第１及び第２（図５（ａ）、図６（ａ））に比べて、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４が小さく、また、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４が増幅していないことが判る。

また、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）を比較すると、隊列走行制御システム１による隊列走行制御（図７（ｂ））では、従来制御第１及び第２（図５（ｂ）、図６（ｂ））に比べて、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４の収束が早いことが判る。

また、図５（ｃ）、図６（ｃ）、図７（ｃ）を比較すると、隊列走行制御システム１による隊列走行制御（図７（ｃ））では、従来制御第１及び第２（図５（ｃ）、図６（ｃ））に比べて、加速度ａ_１〜ａ_５が小さく走行がスムーズであることが判る。

このように、隊列走行制御システム１による隊列走行制御では、外乱に対して全部の後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５が協調して動くことで車間距離を安定させ、スムーズに車間誤差を収束させると共に、車両Ｃ_１〜Ｃ_５の加速度ａ_１〜ａ_５が小さくスムーズな走行がなされるといった効果が得られている。

また、隊列が前述のインパルス状外乱を受けた場合について、図８（ａ）、図９（ａ）、図１０（ａ）を比較すると、隊列走行制御システム１による隊列走行制御（図１０（ａ））では、従来制御第１及び第２（図８（ａ）、図９（ａ））に比べて、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４が小さく、また、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４が増幅していないことが判る。

また、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）を比較すると、隊列走行制御システム１による隊列走行制御（図１０（ｂ））では、従来制御第１及び第２（図８（ｂ）、図９（ｂ））に比べて、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４の収束が早いことが判る。

また、図８（ｃ）、図９（ｃ）、図１０（ｃ）を比較すると、隊列走行制御システム１による隊列走行制御（図１０（ｃ））では、従来制御第１及び第２（図８（ｃ）、図９（ｃ））に比べて、加速度ａ_１〜ａ_５が小さく走行がスムーズであることが判る。

このように、隊列走行制御システム１による隊列走行制御では、車両Ｃ３のみが受けた外乱に対しても、全部の後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５が協調して動くことで車間距離を安定させ、スムーズに車間誤差を収束させる効果が得られている。

以上の通り、隊列走行制御システム１による隊列走行制御によれば、外乱に対する車間距離及び車両間相対速度の安定性が高く、また、加減速が少ないことから省エネルギーにも有利な隊列走行が実現可能であることが示された。

（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実施形態について説明する。本実施形態の隊列走行制御システム２０１の物理的な構成は、図１に示すように、隊列走行制御システム１と同様であるので、重複する説明は省略する。

前述の隊列走行制御システム１によれば、先頭車両Ｃ_１に外乱が加わった場合にも、この外乱を後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５の動きのみで補償しようとするので、この場合、後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５に無理がかかる場合がある。

そこで、この隊列走行制御システム２０１では、５台すべての構成車両Ｃ_１〜Ｃ_５の走行状態が制御される点において、後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５のみの走行状態が制御される隊列走行制御システム１とは異なっている。すなわち隊列走行制御システム２０１では、先頭車両Ｃ_１の走行状態を含め、すべての構成車両Ｃ_１〜Ｃ_５の走行状態に制御が介入する。この場合、先頭車両Ｃ_１の目標加速度指令値ｕ_０は、運転者により手動で決定されるか、又は、予め定められた走行計画等に基づいて自動的に決定される。

この隊列走行制御システム２０１では、状態空間方程式（１）における加速度指令値ベクトルｕ_ｃは、全車両Ｃ_１〜Ｃ_５の５つの加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５を含むベクトルであり下のように表される。
ｕ_ｃ＝（ｕ_１，ｕ_２，ｕ_３，ｕ_４，ｕ_５）^Ｔ
そして、加速度指令値ベクトルｕ_ｃは、下式（５）で表される。

なお、この式（５）中のＢ_ｆｆは、前述の式（２）中のＢ_ｆｆとは異なるベクトルとなる。
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。
また、評価関数Ｊは、下式（６）となる。

そして、隊列走行制御システム１の場合と同様にして、この式（６）の評価関数Ｊを最小にするようなフィードバックゲイン行列Ｋ_２を求めることで、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（すなわち、加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５の組）が求められる。

続いて、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の隊列走行制御システム２０１が行う具体的な処理について、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２０１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、隊列を構成する構成車両Ｃ_１〜Ｃ_５が決定された時点で、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車両制御ＥＣＵ１０は、隊列走行制御システム１の場合と同様に（図３参照）、フィードバックゲイン行列Ｋ_２を求め、情報記憶部１０ａに記録する。

その後、隊列走行中においては、図１１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、加速度を取得する（Ｓ２０１）。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（Ｓ２０３）。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。

次に、前述の式（６）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（Ｓ２２１）、情報記録部１０ａからフィードバックゲイン行列Ｋ_２が読み込まれる（Ｓ２２３）。そして、式（６）より、フィードバックゲイン行列Ｋ_２を用いて、目標加速度指令値ｕ_０及び状態ベクトルｘに基づいて加速度指令値ベクトルｕ_ｃが算出され、フィードバック制御指令値ｕ_１〜ｕ_５が求められる（Ｓ２２５）。

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（Ｓ２３１）。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（Ｓ２３３）。以上のような図１１のＳ２０１〜Ｓ２３３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台の後続車両Ｃ_１〜Ｃ_５の加減速が制御され、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制御によって全後続車両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が、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。

この隊列走行制御システム２０１によれば、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、５台の車両Ｃ_１〜Ｃ_５全部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２０１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。

続いて、この隊列走行制御システム２０１による車両Ｃ_１〜Ｃ_５の走行状態の外乱安定性を評価すべく本発明者らが行ったシミュレーションの結果について説明する。

図１２には、隊列走行制御システム２０１による隊列走行制御において、隊列が１５ｋｍ／ｈで定常走行中に１ｄｅｇの未知道路勾配に進入した場合における各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４（図１２（ａ））、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４（図１２（ｂ））、及び加速度ａ_１〜ａ_５（図１２（ｃ））を示している。すなわち、このシミュレーションでは、図５〜図７と同様の外乱を隊列に付与している。また、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４を示す図１２（ａ）の縦軸のスケールは図５（ａ）〜図７（ａ）と同一であり、車両間相対速度Ｌ’_１〜Ｌ’_４を示す図１２（ｂ）の縦軸のスケールは図５（ｂ）〜図７（ｂ）と同一であり、加速度ａ_１〜ａ_５を示す図１２（ｃ）の縦軸のスケールは図５（ｃ）〜図７（ｃ）と同一である。また、時間を示す図１２（ａ）〜（ｃ）の横軸のスケールはすべて図５〜図８と共通である。

ここで、図７（ａ），（ｂ）と図１２（ａ），（ｂ）とをそれぞれ比較すると、隊列走行制御システム２０１では、隊列走行制御システム１に比べて、わずかではあるが車間誤差及び車両間相対速度の変動が少ないことが判る。また、図７（ｃ）と図１２（ｃ）とを比較すると、隊列走行制御システム２０１では、隊列走行制御システム１に比べて、加速度の変動が特に少ないことが判る。図１２（ｃ）に示されるように、隊列走行制御システム２０１では、先頭車両Ｃ_１が勾配進入により減速した後、後続車両Ｃ_２との車間距離が詰まることに起因して先頭車両Ｃ_１は加速側に転じている。このため、隊列全体として減速しすぎないような制御がなされる。このように、隊列走行制御システム２０１によれば、隊列走行制御システム１による作用効果に加えて、更に加減速が小さくスムーズな走行が実現可能であることが示された。

（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実施形態について説明する。図１３に示すように、本実施形態の隊列走行制御システム３０１は、隊列走行制御システム１に加えて、操作スイッチ２９ａを更に備えている。操作スイッチ２９ａは、通信・センサ系ＣＡＮ２０を介して車両制御ＥＣＵ１０に接続されている。操作スイッチ２９ａは、運転者による選択操作を受け付け、電気信号として車両制御ＥＣＵ１０に送信する。

この隊列走行制御システム３０１では、隊列走行制御システム１のように４台の後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５の走行状態を制御する（「第１タイプの制御」という）か、隊列走行制御システム２０１のように全車両Ｃ_１〜Ｃ_５の走行状態を制御する（「第２タイプの制御」という）かを、例えば、先頭車両Ｃ_１における操作スイッチ２９ａ（図１参照）によって選択的に切替え可能である。先頭車両Ｃ_１の操作スイッチ２９ａにおいて何れのタイプの制御が選択されているかを示す制御タイプ選択情報は、車車間通信によって全車両Ｃ_１〜Ｃ_５で共有される。

続いて、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の隊列走行制御システム３０１が行う具体的な処理について、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。

車両制御ＥＣＵ１０は、隊列を構成する構成車両Ｃ_１〜Ｃ_５が決定された時点で、車両制御ＥＣＵ１０は、すべての車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車両諸元情報に基づいて、第１タイプの制御に用いられるフィードバックゲイン行列Ｋ_１と、第２タイプの制御に用いられるフィードバックゲイン行列Ｋ_２とを双方とも算出し、情報記憶部１０ａに記録する。

そして、隊列走行中においては、図１４に示すように、車両制御ＥＣＵ１０は、処理Ｓ１０１，Ｓ１０３を行った後、制御タイプ選択情報に基づいて何れのタイプの制御が選択されているかを判断する（Ｓ３０５）。

ここで、車両制御ＥＣＵ１０は、第１タイプの制御が選択されている場合には処理Ｓ１１１，Ｓ１１３，Ｓ１１５を行い、第２タイプの制御が選択されている場合には処理Ｓ２２１，Ｓ２２３，Ｓ２２５を行う。その後、車両制御ＥＣＵ１０は処理Ｓ１３１を行い、エンジン制御ＥＣＵ３１及びブレーキ制御ＥＣＵ３２では、処理Ｓ１３３が行われる。以上のような図１４のＳ１０１〜Ｓ１３３の処理が隊列走行中に繰り返される。なお、図１４においては、図４又は図１１の処理と同一又は同等の処理には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。以上のような処理によれば、先頭車両Ｃ_１の運転者の意志により、先頭車両Ｃ_１の操作スイッチ２９ａの操作によって、第１又は第２タイプの制御を選択的に行わせることができる。なおこの場合、先頭車両Ｃ_１の操作スイッチ２９ａに限られず、他の車両Ｃ_２〜Ｃ_５の何れかの操作スイッチ２９ａによって制御タイプを選択可能としてもよい。

（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実施形態について説明する。本実施形態の隊列走行制御システム４０１の物理的な構成は、図１に示すように、隊列走行制御システム１と同様であるので、重複する説明は省略する。

前述の隊列走行制御システム２０１では、先頭車両Ｃ_１の走行状態にも制御が介入している。しかしながら、先頭車両Ｃ_１は、障害物など周囲との関係を把握しながら安全に走行を行う必要がある。先頭車両Ｃ_１の障害物としては、例えば、前方を走行する隊列外の先行車両や、周囲に存在する車両以外の障害物などがある。従って、先頭車両Ｃ_１の周囲の状況によっては、先頭車両Ｃ_１の走行状態に対して制御が過度に介入するのが好ましくない場合もある。例えば、先頭車両Ｃ_１の比較的近い位置に障害物が存在する場合には、先頭車両Ｃ_１にとっては隊列走行よりも障害物のリスク管理の方がより優先されるべきであるので、障害物が存在しない場合に比べて、先頭車両Ｃ_１の走行状態に制御が介入する度合いを小さくすべきである。

このような知見に鑑み、本実施形態の隊列走行制御システム４０１では、先頭車両Ｃ１の走行状態に制御が介入する度合いを、先頭車両Ｃ_１の前方のリスクに応じて変更されるようにしている。

具体的には、隊列走行制御システム４０１では、前述の隊列走行制御システム２０１における式（７）の評価関数Ｊ代えて、下の式（９）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。

但し、先頭車両Ｃ_１のＴＴＣ（Time to Collision；衝突予測時間）をＴＴＣ_１で表すと、式（７）のε_ｕ１は、ε_ｕ１＝ｆ（ＴＴＣ_１）と表される。すなわち、ε_ｕ１はＴＴＣ_１の関数であり、ε_ｕ１とＴＴＣ_１との関係は、例えば、図１５のグラフで表される。

この式（８）中の先頭車両Ｃ_１の加速度指令値ｕ_１に関する項と、後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５
の加速度指令値ｕ_２〜ｕ_５に関する項とには、それぞれ別の重みε_ｕ１，ε_ｕ２５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_ｕ１，ε_ｕ２５を配分することで、先頭車両Ｃ_１の加速度指令値ｕ_１に制御が介入する度合いと、後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５の加速度指令値ｕ_２〜ｕ_５に制御が介入する度合いとのバランスを調整することができる。しかも、ε_ｕ１は、ＴＴＣ_１の関数であるので、先頭車両Ｃ_１の加速度指令値ｕ_１に制御が介入する度合いは、先頭車両Ｃ_１のＴＴＣに基づいて変化することになる。すなわち、この評価関数Ｊを用いたＬＱ制御では、図１５に示されるように、先頭車両Ｃ_１のＴＴＣが大きい（衝突のリスクが低い）ほど、ε_ｕ１が大きくなっており、先頭車両Ｃ１の加速度指令値ｕ_１への制御の介入の度合いが大きくなる。そして、先頭車両Ｃ_１のＴＴＣが小さい（衝突のリスクが高い）ほど、ε_ｕ１が小さくなっており、先頭車両Ｃ_１の加速度指令値ｕ_１への制御の介入の度合いが小さくなる。更に、頭車両Ｃ_１のＴＴＣが所定値以下の範囲では、ε_ｕ１はゼロであり、先頭車両Ｃ１の加速度指令値ｕ_１へは制御が介入しないようになっている。

なお、ＴＴＣは、車両が前方障害物（例えば前方を走行する車両）に衝突するまでの予測時間を意味し、先頭車両Ｃ_１のＴＴＣは、例えば、先頭車両Ｃ_１から前方障害物までの距離を、先頭車両Ｃ_１と前方障害物との相対速度で割った値として算出することができる。

続いて、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の隊列走行制御システム４０１が行う具体的な処理について、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４０１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１６に示すように、先頭車両Ｃ_１の車両制御ＥＣＵ１０が、当該先頭車両Ｃ_１におけるＴＴＣを算出し、車車間通信で後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５に先頭車両ＴＴＣ情報として配信する（Ｓ４０１）。ここでは、先頭車両Ｃ_１の車両制御ＥＣＵ１０は、例えば、前方を走行する先行車両から車車間通信で得た先行車両の車速情報と、前方車間距離センサ２１ａで得られた先行車両との車間距離情報と、車速センサ２３ａで得られた自車両Ｃ_１の車速情報と、に基づいてＴＴＣを算出する。先頭車両Ｃ_１によるＴＴＣ情報の算出及び後続車両Ｃ_２〜Ｃ_５への配信により、先頭車両ＴＴＣ情報は、すべての車両Ｃ_１〜Ｃ_５において共有される。

次に、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、加速度を取得する（Ｓ４０３）。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（Ｓ４０５）。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。

続いて、車両制御ＥＣＵ１０は、図１５で示される関係から、先頭車両ＴＴＣ情報に基づいてε_ｕ１を決定する（Ｓ４０７）。そして、決定されたε_ｕ１を前述の式（９）に適用し、式（９）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_４を算出する（Ｓ４０９）。そして、前述の式（６）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（Ｓ４１１）、算出された上記フィードバックゲイン行列Ｋ_４用いて、加速度指令値ｕ_０及び状態ベクトルｘに基づいて加速度指令値ベクトルｕ_ｃが算出され、フィードバック制御指令値ｕ_１〜ｕ_５が求められる（Ｓ４１３）。

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（Ｓ４１５）。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（Ｓ４１７）。以上のような図１６のＳ４０１〜Ｓ４１７の処理が隊列走行中に繰り返される。

以上説明した隊列走行制御システム４０１によれば、隊列走行制御の先頭車両Ｃ_１への介入量が、先頭車両Ｃ_１の前方のリスクに応じて自動的に調整される。例えば、図１５に例示した先頭車両ＴＴＣとε_ｕ１との関係によれば、先頭車両Ｃ_１のＴＴＣが小さい（すなわち、先頭車両の前方のリスクが高い）状況では、ε_ｕ１がゼロ又は十分に小さい値であり、先頭車両Ｃ_１への制御の介入量をゼロ又は十分に小さくすることができる。従って、例えば、先頭車両Ｃ_１における前方の他車との車間距離が小さく前方のリスクが高い時に、先頭車両Ｃ_１に対して隊列走行制御による高加減速が要求されるといったことが避けられる。

（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実施形態について説明する。本実施形態の隊列走行制御システム５０１の物理的な構成は、図１に示すように、隊列走行制御システム１と同様であるので、重複する説明は省略する。

車両の隊列走行の重要な目的の一つとして、燃費の向上が挙げられる。隊列走行における燃費向上のために考慮されるべき要素としては、大きく分けて、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の加減速を低減させることと、各車間距離を短く安定して保ち空気抵抗を低減させること、の２つの要素がある。ここで、空気抵抗は車速の２乗に比例するため、空気抵抗低減の効果は、車速に大きく依存する。すなわち、燃費向上を効率よく図るためには、隊列走行の車速が大きくなるほど、車間距離安定による空気抵抗低減の効果が重要視されるべきであり、車速が小さくなるほど、車両の加減速低減の効果が重要視されるべきである。

このような知見に鑑み、本実施形態の隊列走行制御システム５０１では、隊列走行制御において、車両の加減速低減の要素と、車両の車間距離安定の要素と、のバランス配分が、車両Ｃ_１〜Ｃ_５の車速に応じて変更されるようにしている。

具体的には、隊列走行制御システム５０１は、前述の隊列走行制御システム２０１において、式（６）の評価関数Ｊの重みε_ｕ，ε_Ｌを、車速に応じて可変とするものである。すなわち、式（６）中の車両Ｃ_１〜Ｃ_５の加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５に関する項と、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４に関する項には、それぞれ重みε_ｕ，ε_Ｌが設定されており、この重みε_ｕ，ε_Ｌを配分することで、隊列走行制御における、車両の加減速低減の要素と、車両の車間距離安定の要素と、のバランスを調整することができる。

そこで、重みε_ｕ，ε_Ｌを、図１７で示されるような車速Ｖの関数とする。すなわち、車速Ｖが小さいほどε_ｕは大きくε_Ｌは小さく、車速Ｖが大きいほどε_ｕは小さくε_Ｌは大きくなるようにする。このような重みε_ｕ，ε_Ｌにより、この評価関数Ｊを用いたＬＱ制御では、隊列走行の車速が小さいほど、車両の加減速低減の要素が相対的に重要視され、隊列走行の車速が大きいほど、車両の車間距離安定の要素が相対的に重要視されることになる。このように、車速Ｖに対応した重みε_ｕ，ε_Ｌが自動的に設定されることで、車両の加減速低減の要素と、車両の車間距離安定の要素と、が隊列走行の車速に対応した適切なバランスで重要視された隊列走行制御が実行される。

続いて、各車両Ｃ_１〜Ｃ_５の隊列走行制御システム５０１が行う具体的な処理について、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５０１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１８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、加速度を取得する（Ｓ５０３）。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（Ｓ５０５）。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。

続いて、車両制御ＥＣＵ１０は、図１７で示される関係から、自車両の車速Ｖに基づいて、ε_ｕ及びε_Ｌを決定する（Ｓ５０７）。そして、決定されたε_ｕ，ε_Ｌを前述の式（６）に適用し、式（６）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_５を算出する（Ｓ５０９）。そして、前述の式（５）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（Ｓ５１１）、算出された上記フィードバックゲイン行列Ｋ_５用いて、加速度指令値ｕ_０及び状態ベクトルｘに基づいて加速度指令値ベクトルｕ_ｃが算出され、フィードバック制御指令値ｕ_１〜ｕ_５が求められる（Ｓ５１３）。

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（Ｓ５１５）。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（Ｓ５１７）。以上のような図１８のＳ５０１〜Ｓ５１７の処理が隊列走行中に繰り返される。

以上説明した隊列走行制御システム５０１によれば、隊列を構成する車両Ｃ_１〜Ｃ_５が高速で走行しているときには、車両Ｃ１〜Ｃ５の加減速によるエネルギー損失が多少増加しても、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４を抑制し空気抵抗低減の要素を重視した隊列走行が実行される。逆に、車両Ｃ_１〜Ｃ_５が低速で走行しているときには、車間誤差Ｌ_１〜Ｌ_４が多少増加しても、車両Ｃ_１〜Ｃ_５の加減速低減の要素を重視した隊列走行が実行される。このように、隊列走行制御システム５０１によれば、車両の加減速低減の要素と、車両の車間距離安定の要素とが、隊列走行の速度に基づくバランスで考慮された隊列走行制御が行われ、燃費向上を効率よく図ることができる。

なお、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Ｃ_１〜Ｃ_５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、車両Ｃ_１〜Ｃ_５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加速度指令値ｕ_２〜ｕ_５（又は加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５）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Ｃ_１〜Ｃ_５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Ｃ_１〜Ｃ_５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、例えば第２実施形態では、式（６）の評価関数Ｊに、５台すべての車両Ｃ_１〜Ｃ_５の加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５が含まれているが、評価関数Ｊには、加速度指令値ｕ_１〜ｕ_５のうちの少なくとも１台分を含むようにしてもよい。例えば、車両Ｃ_１〜Ｃ_５のうちの何台かに、制御を介入させたくない事情がある場合においては、制御を介入させたくない車両の加速度指令値ｕ_ｎを評価関数Ｊの数式中から除くようにしてもよい。例えば、車両Ｃ_３がＶＩＰ車両である場合、式（６）の右辺から車両Ｃ_３の加速度指令値に関するｕ_３ ^２を取り除くことにより、車両Ｃ_３の走行状態に対しては制御が介入せず、ＶＩＰ車両である車両Ｃ_３に対して無理な加減速が要求されることが避けられる。

また、この第１〜第５実施形態では、５台の車両Ｃ_１〜Ｃ_５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、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組んで走行するように、各車両の走行状態を制御する隊列走行制御システムに関するものであり、隊列走行の外乱安定性を高めるものである。

Claims (7)

1. 複数の車両が隊列を組んで走行するように前記各車両の走行状態を制御する隊列走行制御システムであって、
   前記隊列を構成する構成車両のうち少なくとも一部の構成車両の走行制御量は、所定の評価値を最小にするような走行制御量として決定され、
   前記所定の評価値は、
   前記各構成車両間の相対関係に関する値と、前記構成車両のうち少なくとも１台の構成車両の走行制御量に関する値と、に基づいて算出されることを特徴とする隊列走行制御システム。
2. 前記所定の評価値は、
   前記各構成車両間の相対関係に関する値と、前記構成車両のうち少なくとも１台の構成車両の走行制御量に関する値と、のそれぞれに重み付けを行って算出される値である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。
3. 前記構成車両間の相対関係に関する値は、
   前記各構成車両における直前の構成車両との各車間距離の誤差、又は前記各構成車両における直前の構成車両との各相対速度のうち、少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の隊列走行制御システム。
4. 前記少なくとも一部の構成車両には、前記隊列における先頭車両が含まれることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の隊列走行制御システム。
5. 前記少なくとも１台の構成車両の走行制御量に関する値は、
   前記先頭車両の目標走行制御量と、前記先頭車両以外の後続車両の走行制御量と、のそれぞれに重み付けを行って算出される値であり、
   この重み付けにおける重みは、
   前記先頭車両と当該先頭車両の前方に存在する障害物との位置関係に基づいて決定されることを特徴とする請求項４に記載の隊列走行制御システム。
6. 前記所定の評価値は、
   前記各構成車両における直前の車両と間の各車間距離の誤差と、前記構成車両のうち少なくとも１台の構成車両の走行制御量と、のそれぞれに重み付けを行って算出される値であり、
   この重み付けにおける重みは、前記各構成車両が走行する速度に基づいて決定されることを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載の隊列走行制御システム。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の隊列走行制御システムを備えたことを特徴とする車両。

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