JPWO2010084608A1 - 車群制御方法及び車両 - Google Patents

Abstract

本発明の車群制御方法は、複数の車両からなる車群の走行制御を行う車群制御方法であって、車群が小分けされてなる複数の小車群毎に、同じ小車群内の車両同士で行う車車間通信を用いて前記小車群内の車両同士の相対関係を制御する小車群内車両制御処理と、各小車群の代表車両同士で行う車車間通信を用いて各小車群同士の相対関係を制御する小車群制御処理と、を備えたことを特徴とする。

Description

本発明は、複数の車両からなる車群の走行制御を行う車群制御方法、及びそのような車群制御方法が適用され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（「車群走行」とも呼ばれる）の技術として、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、先頭車両が、他の後続車両それぞれとの間で車車間通信を行うので、隊列内においては先頭車両への通信負荷が最も大きい。そして、隊列の構成車両の台数が多くなると、先頭車両の通信量が増大し、円滑な車車間通信が困難になってしまう。すなわち、多台数の車両にこのシステムを適用することは、車車間通信のデータ容量、通信周期、及び通信の到達範囲を考慮すると、現実的ではない。

そこで、本発明は、車群の走行制御における通信負荷を低減することができる車群制御方法、及び車両を提供することを目的とする。

本発明の車群制御方法は、複数の車両からなる車群の走行制御を行う車群制御方法であって、車群が小分けされてなる複数の小車群毎に、同じ小車群内の車両同士で行う車車間通信を用いて小車群内の車両同士の相対関係を制御する小車群内車両制御ステップと、各小車群の代表車両同士で行う車車間通信を用いて各小車群同士の相対関係を制御する小車群制御ステップと、を備えたことを特徴とする。

この車群制御方法によれば、小分けされた小車群毎に車車間通信を用いた車両の相対関係が制御される。そして、その各小車群の代表車両同士の車車間通信によって小車群同士の相対関係が制御されることで、車群全体の車両の相対関係が制御されることになる。このような車群制御方法によれば、小車群内の制御に必要な通信と、小車群同士の相対関係の制御に必要な通信とを分けることにより、車群全体としての通信負荷を低減することができる。

また、小車群制御ステップでは、前後に連続する代表車両同士の車車間通信を用いて、前後に連続する代表車両間の各相対関係がそれぞれ制御されることとしてもよい。

また、小車群制御ステップでは、車群の車両から選択される目標車両が属する小車群の代表車両と、目標車両が属する小車群以外の各代表車両と、の間の車車間通信を用いて、目標車両と目標車両が属する小車群以外の各代表車両との各相対関係がそれぞれ制御されることとしてもよい。

この構成によれば、目標車両が属する小車群以外の各代表車両については、それぞれ目標車両との相対関係が制御されるので、代表車両同士の相対関係の誤差伝播が避けられ、その結果、小車群同士の相対関係の誤差伝播の発生を避けることができる。

また、目標車両が属する小車群においては、目標車両は、当該小車群における先頭車両であり、代表車両は、先頭車両以外の車両から選択されることとしてもよい。

この場合、目標車両と、他の小車群の代表車両との代表車両通信を行う代表車両とが、別々に選択される。従って、目標車両と代表車両との役割が１台に集中することが避けられ、通信負荷が特定の車両に集中することが避けられる。

また、小車群内車両制御ステップでは、小車群内の各車両の各車間距離が制御され、各小車群に属する車両の台数は、小車群内車両制御ステップにおいて、小車群の先頭車両の加速度に対応して発生し得る後続車両の車間距離の誤差に基づいて決定されることとしてもよい。この構成によれば、小車群内の車両の台数を制限することで当該小車群で発生する車間距離誤差を所望の誤差に抑えることができる。

また、小車群内車両制御ステップでは、小車群内における各車間距離が制御され、小車群制御ステップでは、前後に連続する各小車群同士の間の各小車群間距離が、小車群内の各車間距離とは異なる距離になるように、各代表車両同士の距離が制御されることとしてもよい。

小車群内の各車間距離と代表車同士の距離とを分けて制御する場合、各小車群毎に最後尾の車間距離の誤差が大きくなることが考えられる。これに対し、上記の構成によれば、小車群内の各車間距離と、各小車群間距離と、が異なる距離になるように制御される。従って、小車群間距離を適切に設定することにより、各小車群の最後尾の車両と、その後方の小車群の先頭車両との間に安全な車間距離を確保することができる。

また、小車群制御ステップでは、前後に連続する各小車群同士の間の各小車群間距離が所定の目標距離になるように各代表車両同士の相対関係が制御され、所定の目標距離は、小車群内車両制御ステップにおいて各車両の後方の車両に伝播する車間距離の誤差の伝播比である車間誤差伝播比に基づいて設定されることとしてもよい。

この構成によれば、小車群内制御ステップにおいて車間誤差伝播が発生する場合においても、各小車群の最後尾の車両と、その後方の小車群の先頭車両との間に安全な車間距離を確保することができる。

本発明の車両は、複数の車両からなる車群の走行制御を行う車群制御方法に用いられる車両であって、車群制御方法は、車群が小分けされてなる複数の小車群毎に、同じ小車群に属する車両同士で行う車車間通信を用いて小車群内の車両同士の相対関係を制御する小車群内車両制御ステップと、各小車群の代表車両同士で行う車車間通信を用いて各小車群同士の相対関係を制御する小車群制御ステップと、を備え、自車両が小車群における代表車両である場合には、他の小車群における他の代表車両との間で、車車間通信を行うことを特徴とする。

この車両を用いた車群制御方法によれば、小分けされた小車群毎に車車間通信を用いた車両の相対関係が制御される。そして、その各小車群の代表車両同士の車車間通信によって小車群同士の相対関係が制御されることで、車群全体の車両の相対関係が制御されることになる。このような車群制御方法によれば、小車群内の制御に必要な通信と、小車群同士の相対関係の制御に必要な通信とを分けることにより、車群全体としての通信負荷を低減することができる。

本発明の車群制御方法及び車両によれば、車群の走行制御における通信負荷を低減することができる。

図１は、本発明の第１実施形態の車群制御方法において小車群ごとに小分けされた複数の車両を示す図である。 図２は、各車両が備える車群制御システムを示すブロック図である。 図３は、車両の加速度周波数と車間誤差伝播比との関係の一例を示すグラフである。 図４（ａ）、（ｂ）は、小車群内車両制御処理における車間誤差のボード線図の一例である。 図５は、小車群内車両制御処理における車間誤差の後続車両への車間誤差過渡特性の一例を示すグラフである。 図６は、本発明の第２実施形態の車群制御方法において小車群ごとに小分けされた複数の車両を示す図である。 図７は、本発明の第３実施形態の車群制御方法を示すフローチャートである。 図８（ａ），（ｂ）は、それぞれ、小車群小分け処理で小分けされた２つの小車群の一例を示す図である。 図９は、本発明の第４実施形態の車群制御方法において小車群ごとに小分けされた複数の車両を示す図である。 図１０は、本発明の小車群内車両制御処理の他の制御方式の例を示す図である。

符号の説明

１…車群走行制御システム、Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４…小車群、Ｃ_１，１，Ｃ_１，２，Ｃ_１，３，Ｃ_２，１，Ｃ_２，２，Ｃ_２，３，Ｃ_３，１，Ｃ_３，２，Ｃ_３，３…車両、Ｃ_１，１，Ｃ_２，１，Ｃ_３，１，Ｃ_４，１…先頭車両、Ｃｓ_１，Ｃｓ_２，Ｃｓ_３，Ｃｓ_４…代表車両、Ｃｔ…目標車両、Ｚ…大車群。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る車群制御方法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に示すように、本実施形態の車群制御方法では、複数の車両Ｃからなる大車群Ｚが、複数台ずつの小車群Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，…に小分けされる。そして、各小車群内における各車両間の車間距離が制御される。更に、各小車群内から、他の小車群との車車間通信を代表して行う代表車両が１台ずつ選択され、各代表車両同士の車車間通信により小車群同士の距離が制御される。このような制御により、大車群Ｚ全体としては、複数の車両Ｃが比較的狭い車間距離で縦一列に並んで走行する車群走行が実現される。各車両Ｃは、図中の矢印Ｙ方向に向かって走行しているものとする。

なお、以下の説明においては、図１に示されるように、大車群Ｚの先頭から数えてｎ番目の小車群を「Ｂ_ｎ」で表し、ｎ番目の小車群Ｂ_ｎに属する車両の中で先頭から数えてｍ番目の車両を「Ｃ_ｎ，ｍ」で表す（ｎ＝１，２，３，…、 ｍ＝１，２，３，…）。

また、必要な場合には、車両Ｃ_ｎ，ｍの加速度を「ａ_ｎ，ｍ」で表し、車両Ｃ_ｎ，ｍの速度を「Ｖ_ｎ，ｍ」で表し、車両Ｃ_ｎ，ｍの加速度指令値を「ｕ_ｎ，ｍ」で表す。また、車両Ｃ_ｎ，ｍと車両Ｃ_{ｎ，ｍ＋１}との車間距離を「Ｌ_ｎ，ｍ」で表し、車両Ｃ_ｎ，ｍと車両Ｃ_{ｎ，ｍ＋１}との車間誤差を「ΔＬ_ｎ，ｍ」で表す。なお、車間誤差とは、車両Ｃ_ｎ，ｍと車両Ｃ_{ｎ，ｍ＋１}との目標車間距離Ｌ_{ｎ，ｍ＿ｔｇｔ}と現実の車間距離Ｌ_ｎ，ｍとの誤差を意味する。また、小車群Ｂ_ｎの最後尾の車両と小車群Ｂ_ｎ＋１の先頭車両との間の車間距離距離を「小車群間距離」と呼び、「Ｒ_ｎ」で表す。

また、小車群Ｂ_ｎの構成車両の中で先頭を走行する車両Ｃ_ｎ，１を「先頭車両」と呼び、これに対して、後続の車両Ｃ_ｎ，２以降を総称し「後続車両」と呼ぶ場合がある。また、大車群Ｚの中で、先頭に位置する小車群Ｂ_１を「先頭小車群」と呼び、これに対して、後続の小車群Ｂ_２以降を総称し「後続小車群」と呼ぶ場合がある。

まず、上記大車群Ｚを構成する各車両に、それぞれ１つずつ搭載される車群制御システム１について説明する。

図２に示すように、車群制御システム１は、車両制御ＥＣＵ(Electronic Control Unit)１０を備えている。車両制御ＥＣＵ１０は、車群制御システム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。

更に、車群制御システム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、車群制御システム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、車群制御システム１は、他の車両Ｃとの間で車車間通信を行うべく、無線アンテナ２６ａ及び無線制御ＥＣＵ２６を備えている。特に、同じ小車群に属する車両同士は、この無線アンテナ２６ａ及び無線制御ＥＣＵ２６を用いた車車間通信により、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等の車群走行に必要な情報を互いに交換することが可能である。また、無線アンテナ２６ａ及び無線制御ＥＣＵ２６によれば、同じ小車群内での車車間通信に限られず、他の小車群に属する車両との車車間通信も可能である。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、このような車群制御システム１により行われる車群制御方法について説明する。ここでは、図１に示すように、各小車群Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，…に、ぞれぞれ３台ずつの車両が属する場合を一例として説明する。

（小車群内車両制御処理）
まず、小車群内車両制御処理として、各小車群Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，…内でそれぞれ行われる車間距離の制御処理について説明する。

図１に示すように、小車群Ｂ_１内において、各後続車両Ｃ_１，ｊは（ｊ＝２，３）、直ぐ前方を走行する車両Ｃ_{１，ｊ−１}を追従目標とし、当該車両Ｃ_{１，ｊ−１}との車間距離Ｌ_{１，ｊ−１}を制御しながら追従する。具体的には、各後続車両Ｃ_１，ｊの車両制御ＥＣＵ１０は、前方の車両Ｃ_{１，ｊ−１}との車車間通信によって、車両Ｃ_{１，ｊ−１}の加速度ａ_{１，ｊ−１}を得る。そして、自車の前方車間距離センサ２１ａで前方車間距離Ｌ_{１，ｊ−１}を得て、車両Ｃ_{１，ｊ−１}の加速度ａ_{１，ｊ−１}をフィードフォワードとして、ＰＤ制御により前方車間距離Ｌ_{１，ｊ−１}のフィードバック制御を行う。以下、このように、ある車両がその前方の目標車両との距離を制御するにあたって、前方の目標車両の加速度をフィードフォワードとし、前方の目標車両ＰＤ制御により追従する状態を表現する場合に、図１に示すように、当該車両と目標車両とを、ばね定数ｋのばねと減衰係数ｃのダンパーとからなるばねダンパーユニットｋｃで接続して表現するものとする。なお、このような当該車両と目標車両との関係は、一般に、「電子連結されている」等と表現される場合もある。

以上のように、小車群Ｂ_１内では、各後続車両Ｃ_１，２，Ｃ_１，３の加減速が、自車の前方の各車間距離Ｌ_１，１，Ｌ_１，２をそれぞれ維持するように制御されるので、その結果、小車群Ｂ_１内の３台の車両Ｃ_１，１，Ｃ_１，２，Ｃ_１，３は、互いの位置関係が維持された状態で走行することになる。ここでは、先頭の小車群Ｂ_１で行われる制御について説明したが、後続の小車群Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４，…内においても同様の制御が行われる。

（小車群制御処理）
次に、小車群制御処理として、各小車群Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，…の各代表車両の間で行われる走行制御処理について説明する。ここでは、各小車群Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，…の代表車両Ｃｓ_１，Ｃｓ_２，Ｃｓ_３，…として、各先頭車両Ｃ_１，１，Ｃ_２，１，Ｃ_３，１，…が選択される。

各後続小車群Ｂ_ｈの代表車両Ｃｓ_ｈである各先頭車両Ｃ_ｈ，１は（ｈ＝２，３，…）、直ぐ前方の小車群Ｂ_ｈ−１の先頭車両Ｃ_{ｈ−１，１}を追従目標とし、当該車両Ｃ_{ｈ−１，１}との距離Ｐ_ｈ−１を制御しながら追従する。具体的には、各先頭車両Ｃ_ｈ，１の車両制御ＥＣＵ１０は、前方の先頭車両Ｃ_{ｈ−１，１}との車車間通信によって、当該車両車両Ｃ_{ｈ−１，１}の加速度ａ_{ｈ−１，１}を得る。そして、自車の前方車間距離センサ２１ａで自車Ｃ_ｈ，１と目標車両Ｃ_{ｈ−１，１}との距離Ｐ_ｈ−１を得て、目標車両の加速度ａ_{ｈ−１，１}をフィードフォワードとして、ＰＤ制御により距離Ｐ_ｈ−１のフィードバック制御を行う。

なお、上記の距離Ｐ_ｈ−１は、自車の前方車間距離センサ２１ａから得てもよいが、車車間通信により追従目標の車両Ｃ_{ｈ−１，１}の現在地情報を得て、自車の現在地情報と比較することにより距離Ｐ_ｈ−１を算出してもよい。このような距離Ｐ_ｈ−１の算出を行うために、各車両Ｃの車群制御システム１は、自車両の現在地情報を検知する手段（例えば、ＧＰＳ装置）を備えてもよい。

また、距離Ｐ_ｈ−１については、十分な小車群間距離Ｒ_ｈ−１が確保されるように、距離Ｐ_ｈ−１の目標値Ｐ_{ｈ−１＿ｔｇｔ}が適宜設定される。ここでは、目標値Ｐ_{ｈ−１＿ｔｇｔ}は、小車群内車両制御処理における各車間距離の目標値Ｌ_{ｊ_ｔｇｔ}よりも大きい距離に設定される。ここで、目標値Ｐ_{ｈ−１＿ｔｇｔ}の設定について詳細に説明する。

前方の小車群Ｂ_ｈ−１における小車群内車両制御処理によれば、車車間通信の無駄時間、センシングの遅れ、車両の応答遅れといった要因により、車間誤差が、小車群の後方に順次伝播していく誤差伝播が発生すると考えられる。そして、後方の車間距離に順次伝播する車間誤差の伝播比、すななち、車間誤差ΔＬ_{ｈ−１，ｉ＋１}と車間誤差ΔＬ_{ｈ−１，ｉ}との比ΔＬ_{ｈ−１，ｉ＋１}／ΔＬ_{ｈ−１，ｉ}を車間誤差伝播比（ストリングスタビリティ）Ｓとすると、車間誤差伝播比Ｓは車両の加速度周波数に依存する。例えば、車間誤差伝播比Ｓと車両の加速度周波数との間には、図３に示すような関係がある。この図３の例の場合、車間誤差伝播比Ｓは、車両の加速度周波数が６・１０^−２Ｈｚ付近になったときに最大となり、車間誤差伝播比の最大値Ｓ_ｍａｘは１を超えて、約１．２であることが判る。

ここで、小車群Ｂ_ｈ−１の全車両がほぼ同じ加減速応答性を示すと仮定し、上記のような知見に基づけば、ｎ台の車両からなる小車群Ｂ_ｈ−１において、最後尾の車両Ｃ_{ｈ−１，ｎ}と車両Ｃ_{ｈ−１，ｎ−１}との間の車間距離Ｌ_{ｈ−１，ｎ−１}には、最大で、
ΔＬ_{ｈ−１，ｎ−１}＝Ｓ_ｍａｘ ^ｎ−１・ΔＬ_{ｈ−１，１} …（１）
で表される変動が生じうる。従って、前述の小車群間距離Ｒ_ｈ−１は、上式（１）で示される車間誤差Ｓ_ｍａｘ ^ｎ−１・ΔＬ_{ｈ−１，１}よりも大きくなるように設定される。すなわち、前述の目標値Ｐ_{ｈ−１＿ｔｇｔ}は、最大の車間誤差伝播比Ｓ_ｍａｘに基づいて、小車群間距離Ｒ_ｈ−１がＳ_ｍａｘ ^ｎ−１・ΔＬ_{ｈ−１，１}よりも大きくなるように設定される。このように、各小車群においてある程度の車間誤差伝播を現実的な範囲で許容しながら、各小車群Ｂ_ｈ−１の最後尾の車両の車間変動を小車群間距離Ｒ_ｈ−１により解消することで、大車群Ｚ全体として安全な車群走行を実現することができる。

以上のような小車群制御処理によれば、各後続小車群Ｂ_ｈの各代表車両Ｃ_１，ｈの加減速が（ｈ＝２，３，…）、自車両とその前方の代表車両Ｃ_{１，ｈ−１}との距離Ｐ_ｈ−１をそれぞれ維持するように制御されるので、その結果、各小車群Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，…は、互いの位置関係が制御された状態で走行することになる。この小車群制御処理における代表車両間の車車間通信は、大車群Ｚ全体における通信の円滑性を高める観点から、前述の小車群内車両制御処理における車車間通信とは異なる周波数チャネルを用いて行われることが好ましい。なお、先頭小車群Ｂ_１の先頭車両Ｃ_１，１は、運転者により手動で運転されてもよく、予め定められた走行計画等に基づいて自動運転されてもよい。

以上説明したように、この車群制御方法によれば、小車群内車両制御処理において、小分けされた小車群Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，…毎に小車群内での車車間通信を用いた制御が行われ、各小車群内における車両相互の位置関係が制御される。そして、その各小車群の各代表車両同士の車車間通信によって代表車両の相互間の距離が制御される結果、各小車群同士の位置関係が制御されることになる。この車群制御方法によれば、小車群内の制御に必要な車車間通信と、小車群同士の位置関係の制御に必要な車車間通信とを分けることにより、車群全体としての通信量が低減され通信負荷を低減することができる。

また、この車群制御方法によれば、代表車両以外は、小車群内でのみ車車間通信を行えばよいので、通信容量や通信範囲を小さく収めることができ、現実の交通流への適用が容易である。また、この車群制御方法によれば、小分けされた各小車群毎に、各小車群内で車両相互間の車間距離が制御されるので、車間誤差の伝播があったとしても、大車群Ｚ全体に極端に車間誤差伝播が拡大することが避けられる。このような車群制御方法は、例えば数十台〜百台規模の多台数の大車群Ｚに適用した場合にも、安定した車群走行を実現することができる。

なお、ここでは、１つの小車群に属する車両Ｃの台数を３台としているが、これには限られず、１つの小車群Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，…に属する車両Ｃの台数は、以下のような考え方で設定されてもよい。

まず、任意のｎ台の車両からなる小車群が所定の制御方式で走行を行った場合を想定し、この仮小車群において、先頭車両の加速度に対する車間誤差の周波数特性（車間誤差ゲイン、位相遅れ）を計算する。なお、ここでは、上述の小車群内車両制御処理の制御方式で、５台の車両の走行を行った場合を想定するものとする。

この場合、先頭車両の加速度に対する後続車両の車間誤差のボード線図は、例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示すようなものとなる。なお、図４中の符号ΔＬ_ｉは（ｉ＝１，２，３，４）、それぞれ、小車群のｉ台目の車両とｉ＋１台目の車両との車間誤差ΔＬ_ｉに関する線図を示している。このボード線図によれば、小車群の後方に行くほど車間誤差のゲイン（車間誤差[m]／先頭車両の加速度[m/s²]）が増加し位相の遅れが大きくなり、図５にも示されるように、車間誤差が伝播・増幅していることが判る。ここで、小車群内で許容できる車間誤差ゲインの閾値Ｇ_ｍａｘを予め”２．２”に設定したとすれば、図４（ａ）より、車間誤差ΔＬ_１〜ΔＬ_３のゲインは当該閾値Ｇ_ｍａｘ以下に収まるが、車間誤差ΔＬ_４のゲインは、この閾値Ｇ_ｍａｘを超えてしまうことが判る。従って、小車群に属する車両を５台とすれば、許容できない車間誤差ゲインが４台目車両と５台目車両との間に発生することが判明し、各小車群を構成すべき車両台数は４台に設定される。

なお、上記閾値Ｇ_ｍａｘ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。なお、ここでは、車間誤差ゲインについての閾値Ｇ_ｍａｘに基づいて車両台数を設定しているが、位相遅れについての閾値（例えば、−９０°）を定め、当該位相遅れの閾値よりも位相遅れが大きくならないように、小車群の車両台数を設定するようにしてもよい。

このように各小車群に割り振られる車両台数を管理することで、各小車群内で大きな車間誤差伝播が発生することが避けられ、大車群Ｚ全体として挙動の乱れが少ない車群走行が実現可能となる。

〔第２実施形態〕
続いて、本発明に係る車群制御方法の第２実施形態について説明する。本実施形態の車群制御方法では、前述の第１実施形態の車群制御方法と比較して、小車群内車両制御処理は同様であるが、小車群制御処理が相違している。以下、この車群制御方法における小車群制御処理について図６を参照しながら説明する。

（小車群制御処理）
ここでは、第１実施形態と同様に、各小車群の代表車両Ｃｓ_１，Ｃｓ_２，Ｃｓ_３，…として、各小車群Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，…における先頭車両Ｃ_１，１，Ｃ_２，１，Ｃ_３，１，…が選択される。そして、すべての後続小車群Ｂ_ｈの各先頭車両Ｃ_ｈ，１は（ｈ＝２，３，…）、先頭小車群Ｂ_１の先頭車両Ｃ_１，１を目標車両Ｃｔとし、当該先頭車両Ｃ_１，１との距離Ｑ_ｈ−１を制御しながら追従する。このとき、具体的な追従走行制御は、第１実施形態と同様のＰＤ制御により行われる。

本実施形態の車群制御方法によれば、すべての後続小車群Ｂ_ｈの各先頭車両Ｃ_ｈ，１の加減速は、先頭車両Ｃ_１，１との距離Ｑ_ｈ−１をそれぞれ維持するように制御されるので、その結果、各後続小車群Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４，…は、それぞれ独立して先頭小車群Ｂ_１との位置関係が制御された状態で走行することになる。従って、小車群間距離Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，…の誤差が後方の小車群に順次伝播していく誤差伝播の発生を避けることができる。

なお、上述した第１及び第２実施形態では、各小車群の代表車両として、各先頭車両Ｃ_１，１，Ｃ_２，１，Ｃ_３，１，…が選択されているが、各小車群においては先頭車両以外の車両を代表車両としてもよい。

〔第３実施形態〕
続いて、本発明に係る車群制御方法の第３実施形態について説明する。本実施形態の車群制御方法では、第１又は第２実施形態における小車群内車両制御処理及び小車群制御処理に先立って、大車群Ｚの複数の車両Ｃを、複数の小車群Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，…に小分けする小車群小分け処理を行う。

（小車群小分け処理）
以下の小車群小分け処理の演算は、大車群Ｚに属する車両Ｃのうちの何れか１台の車両Ｃの車群制御システム１において行われる。図７に示すように、車群制御システム１の車両制御ＥＣＵ１０は、大車群Ｚに属する全車両Ｃの車両情報を車車間通信により収集する（Ｓ３０１）。ここで収集される車両情報には、各車両Ｃの加減速応答性、自車両位置、通信距離等が含まれている。次に、車両制御ＥＣＵ１０は、全車両Ｃを複数台ずつの仮小車群に仮に小分けする（Ｓ３０３）。その後、この仮小分けが適切であるか否かが判断される。以下、仮小分けの適否判断（Ｓ３０５，Ｓ３０７，Ｓ３０９）の詳細について説明する。

すなわち、車両制御ＥＣＵ１０は、収集された上記車両情報に基づいて各仮小車群についてのストリングスタビリティ（車間誤差伝播ゲイン、位相遅れ）を計算する（Ｓ３０５）。そして、各仮小車群で発生し得る車間誤差及び位相遅れが許容範囲以内である場合は、仮小分けが適切であると判断し、各仮小車群で発生し得る車間誤差又は位相遅れが許容範囲内でない場合には、仮小分けが不適切であると判断する（Ｓ３０７）。ここで、仮小分けが不適切と判断された場合には、各小車群における車間誤差及び位相遅れが許容範囲内となるように、仮小分けのやり直しが行われる（Ｓ３１７）。

また、各仮小車群の構成車両の台数が多すぎる場合には、小車群の長さが長くなることから遠距離の車車間通信が必要になる場合もあり、通信の安定性低下が懸念される。そこで、車両制御ＥＣＵ１０は、各仮小車群の構成車両の台数が通信の許容範囲内である場合は、仮小分けが適切であると判断し、各仮小車群の構成車両の台数が通信の許容範囲内でない場合には、仮小分けが不適切であると判断する（Ｓ３０９）。ここで、仮小分けが不適切と判断された場合には、各仮小車群の構成車両の台数が通信の許容範囲内となるように、仮小分けのやり直しが行われる（Ｓ３１９）。

ここで、大車群Ｚの各車両Ｃの加減速応答性までを考慮して車間誤差ゲインに基づく小車群の台数設定を行う場合、加速度応答性が悪い車両が含まれる小車群は少台数の小車群になり、加速度応答性が良い車両が含まれる小車群は多台数の小車群になる傾向が現れる。このため、仮小分け（Ｓ３０３）では、図８（ａ）に示すように、少台数（例えば２台）の大型車Ｃａからなる小車群Ｂ_１と、多台数（例えば６台）の小型車Ｃｂからなる小車群Ｂ_２とが混在するといったように、小車群ごとの構成車両の台数が不均一になってしまう場合がある。

このように小車群毎の構成車両の台数が不均一になると、小車群内車両制御処理における通信負荷も小車群毎に不均一になる。例えば、車車間通信の通信アクセス方式がＴＤＭＡであった場合、小車群Ｂ_１では２台分のタイムスロットが必要なところ、小車群Ｂ_２では６台分のタイムスロットが必要となる。そして、通信負荷が高い小車群Ｂ_２では、通信周期を長くする等の措置が必要になる場合があり、小車群の走行の安定性向上の妨げともなる。

従って、通信負荷を大車群Ｚ全体で均一化する観点から、例えば、図８（ｂ）に示すように、加速度応答性が悪い車両Ｃａを各小車群Ｂ_１，Ｂ_２に均等に割り振ることで、小車群毎の構成車両の台数を平均化することが好ましい。そこで、車両制御ＥＣＵ１０は、仮小分けされた仮小車群の構成台数のバラツキが許容範囲内である場合には、仮小分けは適切であると判断し、バラツキが許容範囲内でない場合には、仮小分けは不適切であると判断する（Ｓ３１０）。ここで、仮小分けが不適切と判断された場合には、各小車群の構成車両台数のバラツキが許容範囲内となるように、仮小分けのやり直しが行われる（Ｓ３２０）。

一方、前述の処理Ｓ３０７及び処理Ｓ３０９で、仮小分けが適切であると判断された場合には、各小車群の編成が確定される（Ｓ３２１）。そして、各小車群における代表車両及び目標車両が決定され、各小車群の車間誤差伝播比に基づいて代表車両同士の距離（図１のＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，…、又は図２のＱ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，…）等が決定される（Ｓ３２３）。このような決定情報は、車車間通信で全車両Ｃに配信される。各車両Ｃの車群制御システム１は、受信した上記決定情報に基づいて自車両が代表車両であるか否かを判断し、自車両が代表車両である場合には、後述の処理Ｓ３２７において、他の小車群の代表車両との車車間通信を行う。

その後、確定された各小車群の編成に基づいて各車両Ｃが移動され、各小車群が形成される（Ｓ３２５）。そして、前述の第１又は第２実施形態で説明した小車群内車両制御処理と小車群制御処理とが開始されることで（Ｓ３２７）、大車群Ｚの車群走行が開始される。

以上のような本実施形態の車群制御方法によれば、小車群小分け処理により、適切な台数で適切な車両の組み合わせの小車群を編成することができ、その結果、通信負荷の均一化と安定した車群走行とを実現することができる。

〔第４実施形態〕
続いて、本発明に係る車群制御方法の第４実施形態について説明する。本実施形態の車群制御方法では、前述の第２実施形態の車群制御方法と比較して、小車群内車両制御処理は同様であるが、小車群制御処理が相違している。以下、この車群制御方法における小車群制御処理について図９を参照しながら説明する。

（小車群制御処理）
ここでは、各小車群の代表車両Ｃｓ_１，Ｃｓ_２，Ｃｓ_３，…として、各小車群Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，…における２台目の車両Ｃ_１，２，Ｃ_２，２，Ｃ_３，２，…が選択される。そして、図９中に一点鎖線で示すように、それぞれ前後に連続する代表車両Ｃ_ｉ，２と代表車両Ｃ_{ｉ＋１，２}とが、車車間通信を行う（ｉ＝１，２，３，…）。そして、目標車両Ｃｔである先頭車両Ｃ_１，１の走行状態情報は、小車群Ｂ_１内の車車間通信により代表車両Ｃ_１，２を経由し、後方の各代表車両Ｃ_２，２，Ｃ_３，２，…，Ｃ_ｉ，２，Ｃ_{ｉ＋１，２}，…に順次中継されながら配信される。そして、各後続小車群Ｂ_ｈ内においては（ｈ＝２，３，…）、代表車両Ｃ_ｈ，２から先頭車両Ｃ_ｈ，１へ、小車群Ｂ_ｈ内の車車間通信により、車両Ｃ_１，１の走行状態情報が送信される。このように、先頭車両Ｃ_１，１の走行状態情報は、すべての後続小車群Ｂ_ｈの先頭車両Ｃ_ｈ，１に配信されるので、各先頭車両Ｃ_ｈ，１は、先頭車両Ｃ_１，１を目標車両Ｃｔとした追従走行制御を行うことができる。なお、このとき、具体的な追従走行制御は、第２実施形態と同様のＰＤ制御により行われる。

以下、本実施形態の車群制御方法による作用効果について説明する。前述の第２実施形態の車群制御方法では、特に目標車両Ｃｔである先頭車両Ｃ_１，１は、すべての後続小車群の先頭車両Ｃ_ｈ，１と車車間通信を行う必要があり、通信負荷が大きい。また、後方の小車群ほど、先頭車両Ｃ_１，１からの通信距離が長くなるので、通信の安定性が確保し難いといった問題もある。これに対し、本実施形態の車群制御方法によれば、特に先頭小車群Ｂ_１において、目標車両Ｃｔを先頭車両Ｃ_１，１とし、代表車両Ｃｓ_１を先頭車両Ｃ_１，１以外の車両から選択しているので、車両Ｃ_１，１に目標車両と代表車両との役割が集中し通信負荷が集中することが避けられる。また、車両Ｃ_１，１の走行状態情報は、各代表車両Ｃ_ｈ，２に中継されながら順次後方に配信されていくので、特定の代表車両に通信負荷が偏ることが避けられ、また、先頭小車群Ｂ_１から遠くに離れた後方の小車群にも安定して車両Ｃ_１，１の走行状態情報が伝達される。

本発明は、上述の第１〜第４実施形態に限定されるものではない。例えば、各小車群における小車群内車両制御処理は、実施形態で例示した制御方式には限られない。例えば、図１０に示すように、ある小車群Ｂ_ｘ内では、１台の追従目標の車両Ｃ_ｕ（例えば先頭車両）を選択し、それ以外の各車両が上記追従目標の車両Ｃ_ｕとの間隔をＰＤ制御するようにしてもよい。また、例えば、小車群内車両制御処理では、各々の小車群において、小車群内のすべての車間誤差ΔＬ_１〜ΔＬ_ｍ等を含む状態量に基づいて小車群内の車両全部の加減速を最適制御（ＬＱ制御）してもよい。また、小車群制御処理では、各々の小車群の目標車両において、すべての目標車両間の距離Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，…（図１参照）の誤差等を含む状態量に基づいて各目標車両全部の加減速を最適制御（ＬＱ制御）してもよい。また、これらの小車群内車両制御処理における制御方式と、小車群制御処理における制御方式とは、自在に組み合わせて採用することができる。

本発明は、複数の車両からなる車群の走行制御を行う車群制御方法、及びこのような車群制御方法が適用される車両に関するものであって、走行制御における車車間通信の通信負荷を低減させるものである。

Claims (8)

1. 複数の車両からなる車群の走行制御を行う車群制御方法であって、
   前記車群が小分けされてなる複数の小車群毎に、同じ小車群内の車両同士で行う車車間通信を用いて前記小車群内の車両同士の相対関係を制御する小車群内車両制御ステップと、
   各前記小車群の代表車両同士で行う車車間通信を用いて各前記小車群同士の相対関係を制御する小車群制御ステップと、
   を備えたことを特徴とする車群制御方法。
2. 前記小車群制御ステップでは、
   前後に連続する前記代表車両同士の車車間通信を用いて、前後に連続する前記代表車両間の各相対関係がそれぞれ制御されることを特徴とする請求項１に記載の車群制御方法。
3. 前記小車群制御ステップでは、
   前記車群の車両から選択される目標車両が属する小車群の代表車両と、前記目標車両が属する小車群以外の各代表車両と、の間の車車間通信を用いて、
   前記目標車両と前記目標車両が属する小車群以外の各代表車両との各相対関係がそれぞれ制御されることを特徴とする請求項１に記載の車群制御方法。
4. 前記目標車両が属する小車群においては、
   前記目標車両は、当該小車群における先頭車両であり、
   前記代表車両は、前記先頭車両以外の車両から選択されることを特徴とする請求項３に記載の車群制御方法。
5. 前記小車群内車両制御ステップでは、前記小車群内の各車両の各車間距離が制御され、
   各前記小車群に属する前記車両の台数は、
   前記小車群内車両制御ステップにおいて、前記小車群の先頭車両の加速度に対応して発生し得る後続車両の車間距離の誤差に基づいて決定されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の車群制御方法。
6. 前記小車群内車両制御ステップでは、前記小車群内における各車間距離が制御され、
   前記小車群制御ステップでは、
   前後に連続する各小車群同士の間の各小車群間距離が、前記小車群内の各車間距離とは異なる距離になるように、各代表車両同士の距離が制御されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の車群制御方法。
7. 前記小車群制御ステップでは、
   前後に連続する各小車群同士の間の各小車群間距離が所定の目標距離になるように各代表車両同士の相対関係が制御され、
   前記所定の目標距離は、
   前記小車群内車両制御ステップにおいて各前記車両の後方の車両に伝播する車間距離の誤差の伝播比である車間誤差伝播比に基づいて設定されることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の車群制御方法。
8. 複数の車両からなる車群の走行制御を行う車群制御方法に用いられる車両であって、
   前記車群制御方法は、
   前記車群が小分けされてなる複数の小車群毎に、同じ小車群に属する車両同士で行う車車間通信を用いて前記小車群内の車両同士の相対関係を制御する小車群内車両制御ステップと、
   各前記小車群の代表車両同士で行う車車間通信を用いて各前記小車群同士の相対関係を制御する小車群制御ステップと、
   を備え、
   自車両が前記小車群における前記代表車両である場合には、他の小車群における他の代表車両との間で、車車間通信を行うことを特徴とする車両。

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