JPWO2020165983A1 - 車間距離制御装置 - Google Patents

Abstract

車間距離制御装置（１００）は遅延距離演算部（１０３）及び遅延距離補償部（１０７）を具備し、先行車ＬＶの速度が変化する走行シーンにおいて、車速制御部（１２）の遅延に起因して発生する遅延距離Ｄdelayを演算し、車速指令Ｖ＊にこの遅延距離Ｄdelayを補償するための遅延距離補償車速指令ＶFF_delay＊を考慮して、車間距離の初期値から先行車の加減速後の目標車間距離に到達するまでの目標軌道Ｄtrk＊に対し、実際の車間距離を一致させるように制御する。

Description

本願は、車間距離制御装置に関する。

車間距離制御装置（Adaptive Cruise Control）は、先行車両と自車両との車間距離を一定に保ちつつ定速走行を制御する装置である。最近では単に、先行車との車間距離を維持した走行を制御するだけでなく、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走行制御が求められている。例えば、特許文献１では、フィルタにより車間距離が車間距離目標値へ収束するまでの車間距離の時間的推移を定義し、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、先行車に対して追従するように制御する技術が提案されている。そして、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（フィルタの周波数・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系が実現できるとしている。

特許第３６６１４９５号公報

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。

特許文献１では、車間距離に対するフィードバック制御（第１項）およびフィードフォワード制御（第２項）と、先行車速（第３項）の３つの項の和で車速指令を生成し、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。そのため、先行車が減速した場合において、第２項のフィードフォワード制御の項は先行車減速に伴い小さくなる目標車間距離に追従するため加速する指令を生成し、第３項の先行車速の項は先行車に追従して減速する指令を生成する。しかし、第３項の先行車速の項は後段の車速制御部の応答遅れを考慮したものでないため、第２項の指令が支配的になる。その結果、先行車が減速した場合に、車間距離が目標車間距離より小さく、先行車に接近してしまう。特に、先行車が減速して停車する場合、停車時の目標車間距離である停車距離より接近すると先行車に衝突する懸念がある。

本願は、上記の課題を解決するための技術を開示するものであり、先行車が減速する走行シーンにおいて、先行車速に追従して減速しながら目標車間距離を維持する車間距離制御装置を提供することを目的としている。

本願に開示される車間距離制御装置は、自車と先行車との車間距離、前記先行車との相対速度及び前記自車の速度に基づいて前記自車の車速指令を演算する車速指令演算部を有し、前記車速指令演算部で演算された前記車速指令により車速制御部で前記自車の速度を制御し、前記車間距離の制御を行う車間距離制御装置であって、前記自車の速度及び前記先行車との相対速度から前記先行車の速度を演算する先行車速演算部、前記先行車の速度に基づいて、前記車間距離を制御する目標値である目標車間距離を設定する目標車間設定部、前記先行車速演算部で演算された前記先行車の速度に基づいて、前記車速制御部の応答遅れに起因する前記車間距離の変動量である遅延距離を演算する遅延距離演算部、前記車間距離の初期値から前記目標車間距離に収束するまでの応答特性を定義する第１のフィルタと前記遅延距離を補償してゼロに収束させるまでの応答特性を定義する第２のフィルタとを有し、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車間距離の時間履歴である目標軌道を生成する目標軌道生成部、前記車間距離、前記先行車との相対速度、及び前記目標軌道の偏差にゲインを積算してフィードバック車速指令を演算するＦＢ制御部、前記目標軌道生成部の前記第１のフィルタで定義された応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の伝達関数とを用いて、前記目標車間距離に対応するフィードフォワード車速指令を演算するＦＦ制御部、及び前記目標軌道生成部の前記第２のフィルタで定義された応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の伝達関数とを用い、前記遅延距離に対応する遅延距離補償車速指令を演算する遅延距離補償部を備え、前記車速指令演算部では、前記先行車の速度、前記フィードバック車速指令、前記フィードフォワード車速指令及び前記遅延距離補償車速指令に基づいて前記車速指令を演算するものである。

本願に開示される車間距離制御装置によれば、先行車に追従する走行シーンにおいて、先行車との車間距離の初期値から先行車の速度変更後の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、生成した目標軌道と実際の車間距離が一致するように制御するので、先行車が減速するシーンであっても車間距離を維持可能な車間距離制御装置を提供することができる。

実施の形態１に係る車間距離制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態１に係る遅延距離演算部の構成を示す制御ブロック図である。 実施の形態１に係る目標軌道生成部の構成を示す制御ブロック図である。 実施の形態１に係るＦＦ制御部の構成を示す制御ブロック図である。 実施の形態１に係る遅延距離補償部の構成を示す制御ブロック図である。 実施の形態１に係る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。 実施の形態１に係る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。 実施の形態１に係る車間距離制御装置の制御対象となる走行シーンの例を示す図である。 実施の形態１の比較例としてのシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態１に係る車間距離制御装置による制御動作のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態２に係る車間距離制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態２に係る遅延距離演算部の構成を示す制御ブロック図である。 実施の形態２に係る車間距離制御装置による制御動作のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態３に係る車間距離制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態３に係る車間距離制御装置による制御動作のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態４に係る車間距離制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態４に係る目標軌道生成部の構成を示す制御ブロック図である。 実施の形態４に係る第１ＦＦ制御部の構成を示す制御ブロック図である。 実施の形態４に係る第２ＦＦ制御部の構成を示す制御ブロック図である。 実施の形態４に係る車間距離制御装置の制御対象となる走行シーンの例を示す図である。 実施の形態４に係る車間距離制御装置の制御対象となる走行シーンの別の例を示す図である。 実施の形態４に係る車間距離制御装置による制御動作のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態４に係る車間距離制御装置による制御動作のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態４に係る別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。 実施の形態４に係る別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。

以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。

実施の形態１．
実施の形態１に係る車間距離制御装置について図１から図１０を用いて説明する。
図１は、本実施の形態１に係る車間距離制御装置の構成を示す機能ブロック図である。車間距離制御装置１００は、車間距離センサ１０により検出された自車と先行車との車間距離Ｄ及び先行車との相対速度ｄＶと、車速センサ１１により検出された自車速（自車の速度、以下自車速と称す）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車速指令Ｖ^＊を生成し、車速制御部１２に出力する。車速制御部１２は、自車速Ｖが車速指令Ｖ^＊に一致するように加速度指令または駆動トルク指令を車両駆動部１３に出力する。車両駆動部１３は加速度指令または駆動トルク指令に従い、エンジンまたは駆動モータ、または油圧ブレーキを制御し、車両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、遅延距離演算部１０３、目標軌道生成部１０４、ＦＢ制御部１０５、ＦＦ制御部１０６、遅延距離補償部１０７及び車速指令演算部１０８を備えている。

車間距離センサ１０で検出された自車と先行車との車間距離Ｄは目標軌道生成部１０４、ＦＢ制御部１０５及びＦＦ制御部１０６に入力される。先行車との相対速度ｄＶは先行車速演算部１０１、目標軌道生成部１０４、ＦＢ制御部１０５及びＦＦ制御部１０６に入力される。
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及び車速制御部１２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との相対速度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（先行車の速度、以下先行車速と称す）Ｖleadを演算して、目標車間設定部１０２、遅延距離演算部１０３及び車速指令演算部１０８に出力する。

目標車間設定部１０２は、先行車速演算部１０１から入力された先行車速Ｖlead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^＊を設定して、目標軌道生成部１０４、ＦＦ制御部１０６へ出力する。

遅延距離演算部１０３は、先行車速Ｖleadに基づいて後述する遅延距離Ｄdelayを演算して、目標軌道生成部１０４および遅延距離補償部１０７に出力する。
目標軌道生成部１０４は、目標車間距離Ｄ^＊、遅延距離Ｄdelayに基づいて、車間距離Ｄが初期値である車間距離初期値Ｄ0から目標車間距離Ｄ^＊に収束するまでの時間履歴である目標軌道Ｄtrk^＊を生成して、ＦＢ制御部１０５に出力する。

ＦＢ制御部１０５は、車間距離Ｄ、相対速度ｄＶ、目標軌道Ｄtrk^＊に基づいてフィードバック車速指令ＶFB^＊を生成して、車速指令演算部１０８に出力する。
ＦＦ制御部１０６は、車間距離Ｄ、相対速度ｄＶ、目標車間距離Ｄ^＊に基づいてフィードフォワード車速指令ＶFF^＊を生成して、車速指令演算部１０８に出力する。

遅延距離補償部１０７は、遅延距離Ｄdelayに基づいて遅延距離補償車速指令ＶFF_delay^＊を生成して、車速指令演算部１０８に出力する。
車速指令演算部１０８は、先行車速Ｖlead、フィードバック車速指令ＶFB^＊、フィードフォワード車速指令ＶFF^＊及び遅延距離補償車速指令ＶFF_delay^＊に基づいて車速指令Ｖ^＊を演算して、車速制御部１２に出力する。

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Ｖleadは相対速度ｄＶと自車速Ｖを用いて、次の式（１）により求めることができる。

目標車間設定部１０２において、目標車間距離Ｄ^＊は先行車速Ｖleadを用いて、次の式（２）により求めることができる。

上記式（２）において、τTHWは係数、Ｄstop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τTHWおよびオフセットＤstop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）及びＳｈｏｒｔ（短距離）などの複数の段階から選択し、車間距離制御装置１００の目標車間設定部１０２に設定、入力することができる。

遅延距離演算部１０３は、先行車速Ｖleadを用いて遅延距離Ｄdelayを算出する。車間距離制御装置１００において、例えば車速指令Ｖ^＊＝先行車速Ｖleadと設定した場合、車速制御部１２の応答特性だけ自車速の追従に遅れが発生し、車間距離に変動が発生する。遅延距離演算部１０３では、車速制御部１２の応答特性に起因する距離の変動量である遅延距離Ｄdelayを次の式（３）により求める。

上記式（３）において、ｓはラプラス演算子（以下同様）、１／ｓは積分要素、伝達関数ＧV（ｓ）は車速制御部１２の応答特性を表す。式（３）では、車速制御部１２の応答特性ＧV（ｓ）に起因する車速の差を積分することで、遅延距離Ｄdelayを求めている。

上記式（３）の車速制御部１２の応答特性ＧV（ｓ）は、例えば次の式（４）ように定義する。式（４）は時定数τVの１次の伝達関数である。

図２は遅延距離演算部１０３の構成を示す制御ブロック図である。図２に示すように遅延距離演算部１０３は、数式（４）で示された車速制御部１２の伝達関数ＧV（ｓ）１０３１と積分器１／ｓ１０３２を用いて表わされる。伝達関数ＧV（ｓ）１０３１に先行車速Ｖleadが入力され、その結果と先行車速Ｖleadとのその差分である Ｖlead―Ｖlead×ＧV（ｓ） を入力とした積分器１／ｓ１０３２の出力が上記式（３）の遅延距離Ｄdelayである。

目標軌道生成部１０４は、目標軌道Ｄtrk^＊をフィルタにより生成する。先行車速が一定と仮定すると、目標軌道Ｄtrk^＊は目標車間距離Ｄ^＊とフィルタＦd（ｓ）を用いて、次の式（５）により求めることができる。

上記式（５）において、フィルタＦd（ｓ）の入力を車間距離Ｄの初期値Ｄ0から目標車間距離Ｄ^＊へのステップ入力と設定することで、車間距離初期値Ｄ0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。このフィルタＦd（ｓ）は、例えば次の式（６）に示す目標車間距離Ｄ^＊に対応する周波数ωd、減衰係数ζdの２次の伝達関数として応答特性を定義する。

先行車速が変動する場合、車速制御部１２の応答特性の起因する遅延距離Ｄdelayを考慮し、補償する必要がある。先行車速の変動を考慮した目標軌道生成部１０４の処理を以下の数式（７）に示す。

上記式（７）の第２項は遅延距離Ｄdelayによる距離変動量、第３項は遅延距離ＤdelayをフィルタＦdelay（ｓ）の応答特性に従って補正する項である。このフィルタＦdelay（ｓ）は、フィルタＦd（ｓ）と同様に、例えば以下の数式（８）の遅延距離Ｄdelayに対応する周波数ωdelay、減衰係数ζdelayの２次の伝達関数として応答特性を定義する。

図３は目標軌道生成部１０４の構成を示す制御ブロック図である。図３に示すように、目標軌道生成部１０４は、数式（７）で示された第１のフィルタであるフィルタＦd（ｓ）１０４１と第２のフィルタであるフィルタＦdelay（ｓ）１０４２を用いて表わされる。このとき、フィルタＦd（ｓ）１０４１に対しては入力が目標車間距離Ｄ^＊、初期値が車間距離Ｄの初期値Ｄ0とする。そして、フィルタＦdelay（ｓ）１０４２に対しては入力、初期値ともに遅延距離Ｄdelayとする。
すなわち、フィルタＦd（ｓ）１０４１により、式（６）の伝達関数で定義され、設定された応答特性に従って車間距離Ｄの初期値Ｄ0は目標車間距離Ｄ^＊に収束するように処理が実行される。また、フィルタＦdelay（ｓ）１０４２により、式（８）の伝達関数で定義され、設定された応答特性に従って遅延距離Ｄdelayがゼロになるように処理が実行される。これら２つのフィルタにより処理が実行され、目標軌道Ｄtrk^＊が生成されることになる。

ＦＢ制御部１０５は、目標軌道生成部１０４から出力される目標軌道Ｄtrk^＊を入力し、次の式（９）に示すように車間距離Ｄと目標軌道Ｄtrk^＊との偏差に対してＰＤ（比例微分）制御を行い、フィードバック車速指令ＶFB^＊を生成して車速指令演算部１０８に出力する。

上記式（９）において、Ｋdpは比例ゲイン、Ｋddは微分ゲインであり、車間距離Ｄと目標軌道Ｄtrk^＊との偏差に対して両ゲインの和を乗じてフィードバック車速指令ＶFB^＊を生成する。

ＦＦ制御部１０６は、次の式（１０）で表わされるように、目標車間距離Ｄ^＊を入力として、伝達関数ＣFF（ｓ）を用いてフィードフォワード車速指令ＶFF^＊を生成する。

上記式（１０）における伝達関数ＣFF（ｓ）は、目標軌道生成部１０４のフィルタＦd（ｓ）と、車間距離制御装置１００の制御対象の伝達関数Ｐ（ｓ）を用いて、次の式（１１）のように表わされる。

上記式（１１）における伝達関数Ｐ（ｓ）は、車速制御部１２の伝達関数ＧV（ｓ）と、自車速から車間距離を演算する負の積分器（−１／ｓ）を用いて、次の式（１２）のように表わされる。

上記式（１１）、式（１２）より、ＦＦ制御部１０６の伝達関数ＣFF（ｓ）は次式（１３）のように表わされる。

図４はＦＦ制御部１０６の構成を示す制御ブロック図である。図４に示すように、ＦＦ制御部１０６は、数式（１０）で示された伝達関数ＣFF（ｓ）１０６１を用いて表わされる。このとき、伝達関数ＣFF（ｓ）１０６１に対して、入力は目標車間距離Ｄ^＊、初期値が車間距離Ｄの初期値Ｄ0である。

遅延距離補償部１０７は、以下の数式（１４）で表わされるように、伝達関数ＣFF_delay（ｓ）を用いて遅延距離補償車速指令ＶFF_delay^＊を演算する。なお、本項は、車速制御部１２の応答特性に起因する距離の変動量である遅延距離Ｄdelayを、式（７）のフィルタＦdelay（ｓ）の応答特性で打ち消す役割をもつため、入力を遅延距離Ｄdelayの負値としている。

上記式（１４）における伝達関数ＣFF_delay（ｓ）は、目標軌道生成部１０４のフィルタＦdelay（ｓ）と、車間距離制御装置１００の制御対象の伝達関数Ｐ（ｓ）を用いて、次の式（１５）のように表わされる。

上記式（１２）、式（１５）より、伝達関数ＣFF_delay（ｓ）は次の式（１６）のように表わされる。

図５は遅延距離補償部１０７の構成を示す制御ブロック図である。図５に示すように、遅延距離補償部１０７は、数式（１４）で示された伝達関数ＣFF_delay（ｓ）１０７１を用いて表わされる。このとき、伝達関数ＣFF_delay（ｓ）１０７１に対しては入力、初期値ともに遅延距離Ｄdelayとする。

車速指令演算部１０８は、次の式（１７）に表わされるように、先行車速Ｖlead、フィードバック車速指令ＶFB^＊、フィードフォワード車速指令ＶFF^＊、遅延距離補償車速指令ＶFF_delay^＊の和として、車速指令Ｖ^＊を演算して、車速制御部１２に出力する。

以上説明した車間距離制御装置１００の各構成部はコンピュータを用いて構成することができ、これらの各構成部の機能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、遅延距離演算部１０３、目標軌道生成部１０４、ＦＢ制御部１０５、ＦＦ制御部１０６、遅延距離補償部１０７および車速指令演算部１０８は、それぞれ例えば図６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部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よい。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７には、図１に示した車間距離制御装置１００の各構成である先行車速演算部１０１、目標車間設定部１０２、遅延距離演算部１０３、目標軌道生成部１０４、ＦＢ制御部１０５、ＦＦ制御部１０６、遅延距離補償部１０７および車速指令演算部１０８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。メモリ２２は、図示していないがランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：Random Access Memory）等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ２１は、メモリ２２から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置（ＥＥＰＲＯＭ：Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）介してプロセッサ２１にプログラムが入力される。また、プロセッサ２１は、演算結果等のデータをメモリ２２の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。

次に、本実施の形態１に係る車間距離制御装置１００による走行シーンにおける制御動作について、シミュレーション結果に基づいて説明する。図８は走行シーンの例を示す図である。図において、自車ＯＶと先行車ＬＶが定常走行の状態から、先行車ＬＶが減速した例を示している。初期状態では、自車速Ｖ＝先行車速Ｖlead＝Ｖ0であり、車間距離Ｄの初期値Ｄ0＝目標車間距離Ｄ^＊の定常走行である。先行車が減速し、先行車速Ｖlead＝Ｖ1＜Ｖ0となった後、自車速Ｖは減速した先行車速Ｖlead＝Ｖ1と等しくなり、車間距離Ｄは初期状態より小さくなった目標車間距離Ｄ^＊と等しくなるように制御される。

図９及び図１０は、図８の走行シーンにおけるシミュレーション結果を示す図で、図９は従来技術に相当する比較例、図１０は本実施の形態に係る車間距離制御装置１００による結果である。なお、図９及び図１０においては、何れも車間距離（Ｄｉｓｔ．）、速度（Ｖｅｌ．）および加速度（Ａｃｃｅｌ．）のシミュレーション結果を示しており、１段目に車間距離（Ｄｉｓｔ．）［ｍ］の時間変化を示し、２段目及び３段目に速度（Ｖｅｌ．）［ｋｍ／ｈ］の時間変化を示し、４段目に加速度（Ａｃｃｅｌ．）［ｍ／ｓ^２］の時間変化を示している。ここで加速度は、上述した車速制御部１２が車両駆動部１３に出力する加速度指令をａ^＊とし、自車ＯＶの加速度をａとしている。

まず、従来技術に相当する結果から説明する。
図９は、従来技術の車間距離制御装置を用いた場合のシミュレーション結果を示す図である。従来技術の車間距離制御装置とは、図１の車間距離制御装置１００から遅延距離演算部１０３及び遅延距離補償部１０７と、それぞれの出力である遅延距離Ｄdelay及び遅延距離補償車速指令ＶFF_delay^＊を除いた構成である。本実施の形態の動作との比較のため、図９にはＶFF_delay^＊をゼロとして表示している。

図９において、初期状態では、すなわち時刻０［ｓ］では車間距離Ｄ＝目標車間距離Ｄ^＊＝４０［ｍ］、自車速Ｖ＝先行車速Ｖlead＝６０［ｋｍ／ｈ］である。この状態から２段目に示すように、時刻５［ｓ］から先行車ＬＶは減速を開始し、時刻１３［ｓ］で先行車速Ｖlead＝０［ｋｍ／ｈ］まで減速する。そして、目標車間距離Ｄ^＊は先行車減速に伴い減少し、Ｄ^＊＝Ｄstop＝５［ｍ］となる。

従来技術の場合、背景技術の欄で述べたように、車間距離に対するフィードバック制御およびフィードフォワード制御と、先行車速の３つの項の和の演算により車速指令を生成し、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。すなわち、車速指令Ｖ^＊は Ｖ^＊＝ＶFB^＊＋ＶFF^＊＋Ｖlead で演算される。第２項のフィードフォワード車速指令ＶFF^＊は、減少する目標車間距離Ｄ^＊に追従するために、３段目に示すように加速を行う。そして、第３項は先行車速Ｖleadに合わせて減速する。これらを合わせると、２段目の車速指令Ｖ^＊は先行車速Ｖleadより約２［ｓ］遅れて減速する波形となり、自車速Ｖはさらに車速制御部１２の応答である伝達関数ＧV（ｓ）だけ遅れる。

その結果、先行車ＬＶが減速して以降の車間距離Ｄは常に目標軌道Ｄtrk^＊より小さく接近しすぎている状態となる。そして、２段目から時刻１６［ｓ］において自車速Ｖ＝０となり停車するが、１段目の時刻１５［ｓ］より前に車間距離Ｄ＝０となっていることから、自車速Ｖ＝０の停車時において車間距離が確保できないことがわかる。これは、車速指令Ｖ^＊の演算において、車速制御部１２の応答遅れが考慮されていないためである。

次に、図１０を用いて本実施の形態に係る車間距離制御装置１００による制御動作のシミュレーション結果について説明する。初期状態、すなわち時刻０［ｓ］での自車ＯＶと先行車ＬＶの状態、及び２段目の先行車ＬＶの減速波形であるＶleadの推移は図９と同様である。本実施の形態では、車速制御部１２の遅延に起因して発生する遅延距離Ｄdelayを演算している。そして、図１０中３段目に示すように遅延距離補償車速指令ＶFF_delay^＊は、遅延距離Ｄdelayを補償するための減速を行うので（式（１７）の第３項）、２段目に示すように車速指令Ｖ^＊は先行車速Ｖleadより図９の遅れに対し、約半分の遅れで減速する波形となる。１段目の目標軌道Ｄtrk^＊は、上記の式（７）に示すように、遅延距離Ｄdelayと、遅延距離補償車速指令ＶFF_delay^＊により補償した距離であるＦdelay（ｓ）Ｄdelayを考慮して求められる。

その結果、先行車減速時において、図１０中１段目の車間距離Ｄは常に目標軌道Ｄtrk^＊と等しくなり、自車速Ｖ＝０の停車時においても、車間距離Ｄ＝目標車間距離Ｄ^＊となる。すなわち、減速してから停車に至るまで車間距離Ｄを目標軌道Ｄtrk^＊通りに制御することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、車間距離制御装置において遅延距離演算部１０３及び遅延距離補償部１０７を具備し、先行車ＬＶが減速する走行シーンにおいて、車速制御部１２の遅延に起因して発生する遅延距離Ｄdelayを演算し、遅延距離補償車速指令ＶFF_delay^＊は遅延距離Ｄdelayを補償するための減速を行うので、車間距離の初期値から先行車の減速後の目標車間距離に到達するまでの目標軌道Ｄtrk^＊に対し、実際の車間距離を一致させるように制御することが可能となる。すなわち、先行車が減速するシーンであっても車間距離を維持可能な車間距離制御装置を提供することができる。

上記実施の形態１では先行車ＬＶが減速する例で説明したが、加速の場合も同様に制御することができ、車間距離の初期値から先行車の加速後の目標車間距離に到達するまでの目標軌道Ｄtrk^＊に対し、実際の車間距離を一致させるように制御することが可能である。

実施の形態２．
実施の形態２に係る車間距離制御装置について図１１から図１３を用いて説明する。
図１１は、本実施の形態２に係る車間距離制御装置２００の構成を示す機能ブロック図である。図１１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の構成に対し、先行車速演算部１０１と目標車間設定部１０２との間に第１先行車速フィルタ部１０９を備え、遅延距離演算部１０３の代わりに遅延距離演算部１０３Ａを備えた構成となっている。

図１１において、第１先行車速フィルタ部１０９には、先行車速演算部１０１から出力された先行車速Ｖleadが入力され、先行車速追従指令ＶFF_lead^＊を演算し出力する。出力された先行車速追従指令ＶFF_lead^＊は、目標車間設定部１０２、遅延距離演算部１０３Ａ及び車速指令演算部１０８に入力される。なお、図１１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。

実施の形態１の車間距離制御装置１００では、式（１７）に示す通り、車速指令Ｖ^＊は Ｖ^＊＝ＶFB^＊＋ＶFF^＊＋ＶFF_delay^＊＋Ｖlead を用いて演算され、第４項のＶleadは先行車ＬＶと同じように減速をしようとする。そのため、実施の形態１の図１０の４段目からわかるように、時刻５［ｓ］の先行車ＬＶが減速タイミングにおいて、自車ＯＶの加速度ａは先行車ＬＶの減速と合わせて即座に反応して負に振れている。このように先行車速の変動に過剰に反応することは好ましくない。

そこで、本実施の形態２では、第１先行車速フィルタ部１０９は次の式（１８）に基づいて、フィルタＦlead（ｓ）の入力および初期値を先行車速Ｖleadと設定することで、先行車速Ｖleadに対して車速指令Ｖ＊の応答が遅延した先行車速追従指令ＶFF_lead＊を演算する。

上記式（１８）におけるフィルタＦlead（ｓ）は、例えば次の式（１９）のような先行車速Ｖleadに対応する時定数τleadの１次の伝達関数で定義される。

そして、目標車間設定部１０２と車速指令演算部１０８には、実施の形態１における先行車速Ｖleadの代わりに第１先行車速フィルタ部１０９で演算された先行車速追従指令ＶFF_lead^＊が入力される。また、遅延距離演算部１０３Ａでは、式（３）の代わりに、以下の式（２０）を用いる。これを式（２１）のように整理すると、車速制御部１２の応答特性ＧV（ｓ）および第１先行車速フィルタ部１０９のフィルタＦlead（ｓ）に起因する遅延距離を演算していることがわかる。

図１２は遅延距離演算部１０３Ａの構成を示す制御ブロック図である。図１２に示すように遅延距離演算部１０３Ａは、式（２０）で示された車速制御部１２の伝達関数ＧV（ｓ）１０３２と積分器１／ｓ１０３２を用いて表わされる。すなわち、伝達関数ＧV（ｓ）１０３２に先行車速追従指令ＶFF_lead^＊が入力され、その結果と先行車速Ｖleadとのその差分である Ｖlead―ＧV（ｓ）×ＶFF_lead^＊ を入力とした積分器１／ｓ１０３２の出力が上記式（２０）の遅延距離Ｄdelayである。

次に、本実施の形態２に係る車間距離制御装置２００による走行シーンにおける制御動作について、シミュレーション結果に基づいて説明する。走行シーンは実施の形態１で説明した図８と同様とする。
図１３に本実施の形態２に係る車間距離制御装置２００による制御動作のシミュレーション結果を示す。なお、図１３のシミュレーション結果の表示は実施の形態１の図９及び図１０と同様とする。

実施の形態１で説明した、車速指令Ｖ^＊を表す式（１７）である Ｖ^＊＝ＶFB^＊＋ＶFF^＊＋ＶFF_delay^＊＋Ｖlead において、第２項から第４項はいずれも先行車速Ｖleadに対してフィードフォワードで演算される項である。本実施の形態２では、これらに対する入力を全て先行車速Ｖleadに対してフィルタ処理した先行車速追従指令ＶFF_lead^＊に置き換える。これにより、図１３中１段目の目標車間距離Ｄ^＊、３段目のフィードフォワード車速指令ＶFF^＊、遅延距離補償車速指令ＶFF_delay^＊は、実施の形態１の図１０と比較すると滑らかな波形となっている。結果として、４段目の加速度は緩やかに減速開始して緩やかに減速完了する波形となる。

また、上記の式（２０）に示したように、遅延距離演算部１０３Ａにおいて第１先行車速フィルタ部１０９に起因する遅延も考慮するため、減速してから停車に至るまで車間距離Ｄを目標軌道Ｄtrk^＊通りに制御することができる。すなわち、本構成により、「緩やかな減速」と「目標軌道に従う車間距離制御」を両立することが可能となる。

以上のように、本実施の形態２によれば、先行車速演算部１０１の後段に第１先行車速フィルタ部１０９を備え、先行車速Ｖleadに対してフィルタ処理した先行車速追従指令ＶFF_lead^＊を用いて車速指令Ｖ^＊を演算するようにしたので、実施の形態１の効果に加え、先行車ＬＶの減速に対して自車ＯＶは緩やかな減速で追従することができ、ドライバに快適な走行を提供可能となる。

上記実施の形態２では先行車ＬＶが減速する例で説明したが、加速の場合も同様に制御することができ、実施の形態１の効果に加え、先行車ＬＶの加速に対して自車ＯＶは緩やかな加速で追従することができ、ドライバに快適な走行を提供可能となる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る車間距離制御装置について図１４及び図１５を用いて説明する。
図１４は、本実施の形態３に係る車間距離制御装置３００の構成を示す機能ブロック図である。図１４に示すように車間距離制御装置３００は、図１１に示した実施の形態２の車間距離制御装置２００の構成に対し、第１先行車速フィルタ部１０９の前段にさらに第２先行車速フィルタ部１１０を備えた構成となっている。

図１４に示されるように、先行車速Ｖleadに対して第２先行車速フィルタ部１１０、第１先行車速フィルタ部１０９の順にフィルタ処理が行われる。そして、遅延距離演算部１０３Ａには、第２先行車速フィルタ部１１０の出力Ｖlead_ldfと第１先行車速フィルタ部１０９の出力ＶFF_lead^＊が入力される。なお、図１４において、図１１を用いて説明した車間距離制御装置２００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。

上述の実施の形態２の車間距離制御装置２００では、先行車速Ｖleadは第１先行車速フィルタ部１０９においてフィルタ処理を行うが、車間距離センサ１０の相対速度ｄＶまたは車速センサ１１の自車速Ｖにノイズが含まれる場合、第１先行車速フィルタ部１０９の出力である先行車速追従指令ＶFF_lead^＊からはノイズが除去された値が出力される。しかし、第１先行車速フィルタ部１０９のフィルタに起因する遅延は遅延距離演算部１０３Ａで演算して補正するため、遅延距離Ｄdelay及び遅延距離Ｄdelayに基づいて演算する遅延距離補償車速指令ＶFF_delay^＊には再びノイズの影響が表れる。したがって、実施の形態２の車間距離制御装置２００では、相対速度ｄＶ及び自車速Ｖのノイズを除去することができない。

そこで、本実施の形態３において、第２先行車速フィルタ部１１０は次の式（２２）に基づいて先行車速Ｖleadに対してフィルタ処理を行い、外乱除去を行う。

上記式（２２）におけるフィルタＦlead2（ｓ）は、例えば次の式（２３）のような時定数τlead2の１次の伝達関数で定義される。

以上のように、本実施の形態３の車間距離制御装置３００には、先行車速Ｖleadに対して第１先行車速フィルタ部１０９と第２先行車速フィルタ部１１０の２つのフィルタとを備える。第２先行車速フィルタ部１１０は、相対速度ｄＶ及び自車速Ｖのノイズの除去の役割を持ち、第２先行車速フィルタ部１１０による遅延はＦＢ制御部１０５にて補償される。そして、第１先行車速フィルタ部１０９は、車間距離制御装置３００の先行車速Ｖleadの変動に対する応答特性を定義し、第２先行車速フィルタ部１１０による遅延は遅延距離演算部１０３Ａで演算され、遅延距離補償部１０７により補償される。

次に、本実施の形態３に係る車間距離制御装置３００による走行シーンにおける制御動作について、シミュレーション結果に基づいて説明する。走行シーンは実施の形態１で説明した図８と同様とする。
図１５は本実施の形態３に係る車間距離制御装置３００による制御動作のシミュレーション結果を示す図である。なお、図１５のシミュレーション結果の表示は実施の形態１の図９及び図１０と同様とする。

本実施の形態３では、先行車速Ｖleadに対して第２のフィルタである先行車速フィルタ部１１０を追加したことにより、図１５中２段目の先行車速追従指令ＶFF_lead^＊は実施の形態２の図１３で示された先行車速追従指令ＶFF_lead^＊より遅れのある波形となっている。そこで、図１５中３段目のフィードバック車速指令ＶFB^＊が示すように、ＦＢ制御部１０５が遅延を補償するための減速を行うことで、車間距離Ｄが目標軌道Ｄtrk^＊に一致するように制御することができる。すなわち、「緩やかな減速」と「目標軌道に従う車間距離制御」に加え、「相対速度ｄＶ及び自車速Ｖのノイズ影響の抑制」が可能となる。

以上のように、本実施の形態３によれば、さらに先行車速演算部１０１と第１先行車速フィルタ部１０９との間に第２先行車速フィルタ部１１０を備え、自車ＯＶと先行車ＬＶとの相対速度ｄＶ及び自車速Ｖに起因するノイズを抑制するようにしたので、実施の形態１、２の効果に加え、車間距離Ｄが目標軌道Ｄtrk^＊に一致するようにより精度よく制御することができる、車間距離制御装置の提供が可能となる。

上記実施の形態３では先行車ＬＶが減速する例で説明したが、加速の場合も同様に自車ＯＶと先行車ＬＶとの相対速度ｄＶ及び自車速Ｖに起因するノイズを抑制でき、実施の形態１、２の効果に加え、車間距離Ｄが目標軌道Ｄtrk^＊に一致するようにより精度よく制御することができる、車間距離制御装置の提供が可能となる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る車間距離制御装置について図１６から図２３を用いて説明する。
図１６は、本実施の形態４に係る車間距離制御装置４００の構成を示す機能ブロック図である。図１６に示すように車間距離制御装置４００は、図１４に示した実施の形態３の車間距離制御装置３００の構成に対し、目標軌道生成部１０４の代わりに目標軌道生成部１０４Ａを備え、ＦＦ制御部がＦＦ制御部１０６の代わりに第１ＦＦ制御部１１１および第２ＦＦ制御部１１２を備え、さらに車速指令演算部１０８の代わりに車速指令演算部１０８Ａを備えた構成となっている。

図１６に示されるように、第１ＦＦ制御部１１１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、目標車間設定部１０２から出力される目標車間Ｄ^＊が入力され、第１フィードフォワード車速指令ＶFF_init^＊を演算し出力する。出力された第１フィードフォワード車速指令ＶFF_init^＊は車速指令演算部１０８Ａに入力される。
第２ＦＦ制御部１１２には目標車間設定部１０２から出力される目標車間Ｄ^＊が入力され、第２フィードフォワード車速指令ＶFF_dref^＊を演算し出力する。出力された第２フィードフォワード車速指令ＶFF_dref^＊は車速指令演算部１０８Ａに入力される。
車速指令演算部１０８Ａでは、入力されたフィードバック車速指令ＶFB^＊、第１フィードフォワード車速指令ＶFF_init^＊、第２フィードフォワード車速指令ＶFF_dref^＊、遅延距離補償車速指令ＶFF_delay^＊及び先行車速追従指令ＶFF_lead^＊を用いて、次の式（２４）により車速指令Ｖ^＊を演算し出力する。出力された車速指令Ｖ^＊は車速制御部１２に入力される。

なお、図１６においては、図１４の車間距離制御装置３００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。

次に、車間距離制御装置４００の動作について説明する。
図１７は目標軌道生成部１０４Ａの構成を示す制御ブロック図である。図３に示した目標軌道生成部１０４と比較すると、図３の初期値が車間距離初期値Ｄ0、入力が目標車間距離Ｄ^＊であるフィルタＦd（ｓ）１０４１が、図１７では初期値が目標車間距離Ｄ^＊に対する車間距離初期値Ｄ0の偏差である目標車間偏差（Ｄ0−Ｄ^＊）、入力が０であるフィルタＦinit（ｓ）１０４１ａと、初期値および入力が目標車間距離Ｄ^＊であるフィルタＦdref（ｓ）１０４１ｂの２つに分離されている。フィルタＦinit（ｓ）１０４１ａは、例えば次の式（２５）の目標車間偏差に対応する周波数ωinit、減衰係数ζinitの２次の伝達関数として定義される。

フィルタＦinit（ｓ）１０４１ａにおいては、目標車間偏差（Ｄ0−Ｄ^＊）が０に収束するまで処理が実行される。入力の初期値が（Ｄ0−Ｄ^＊）、その後の入力が０のため、収束後は０のまま維持される。したがって、フィルタＦinit（ｓ）の応答特性である周波数ωinit及び減衰係数ζinitを制御開始時に設定することにより、車間距離制御装置４００は設定された応答特性に従って車間距離初期値Ｄ0から目標車間距離Ｄ^＊へ収束する。
このフィルタＦinit（ｓ）１０４１ａは実質、図３の初期値が車間距離初期値Ｄ0、入力が目標車間距離Ｄ^＊であるフィルタＦd（ｓ）１０４１と同様の動作である。

同様に、フィルタＦdref（ｓ）１０４１ｂは、例えば次の式（２６）に示すように目標車間距離に対応する周波数ωdref、減衰係数ζdrefの２次の伝達関数として定義される。

フィルタＦdref（ｓ）１０４１ｂは、制御開始後の目標車間距離Ｄ^＊の変動に対する応答特性を定義する第３のフィルタである。初期値と入力が目標車間距離Ｄ^＊のため、目標車間距離Ｄ^＊が変動しない場合、出力は常にＤ^＊のまま保持される。そして、目標車間距離Ｄ^＊が変動した場合、設定された応答特性である周波数ωdref及び減衰係数ζdrefの２次の伝達関数に従って目標車間距離Ｄ^＊に追従する。

図１７に示すように、３つのフィルタ１０４１ａ、１０４１ｂ、１０４２の出力結果が演算されて、目標軌道生成部１０４Ａから目標軌道Ｄtrk^＊が出力される。

図１８は第１ＦＦ制御部１１１の構成を示す制御ブロック図である。第１ＦＦ制御部１１１は、伝達関数ＣFF_init（ｓ）１１１１を備える。伝達関数ＣFF_init（ｓ）は、目標軌道生成部１０４ＡのフィルタＦinit（ｓ）と車速制御部１２の応答特性ＧV（ｓ）を用いて、次の式（２７）のように表される。そして、伝達関数ＣFF_init（ｓ）１１１１には初期値が（Ｄ0−Ｄ^＊）、その後は０が入力される。

図１９は第２ＦＦ制御部１１２の構成を示す制御ブロック図である。第２ＦＦ制御部１１２は伝達関数ＣFF_dref（ｓ）１１２１を備える。の伝達関数ＣFF_dref（ｓ）は、目標軌道生成部１０４ＡのフィルタＦdref（ｓ）と車速制御部１２の応答特性ＧV（ｓ）を用いて、次の式（２８）のように表される。そして、伝達関数CＣFF_dref（ｓ）１１２１には初期値及び入力ともに目標車間距離Ｄ^＊が入力される。

次に、本実施の形態４に係る車間距離制御装置４００による走行シーンにおける制御動作について、シミュレーション結果に基づいて説明する。図２０、２１は走行シーンの例を示す図である。図２０において、自車ＯＶと先行車ＬＶの速度が等しく（Ｖ＝Ｖlead＝Ｖ0）、車間距離Ｄの初期値Ｄ0が目標車間距離Ｄ^＊より大きい状態から（Ｄ0＞Ｄ^＊）、自車ＯＶが先行車ＬＶに接近して車間距離Ｄと目標車間距離Ｄ^＊が等しくなる場合の例を示している。このとき、自車ＯＶは車間距離Ｄと目標車間距離Ｄ^＊が等しくなるように先行車ＬＶに接近するため、一度加速してその後先行車速Ｖleadに合わせるために再度減速する必要がある。

図２１は自車ＯＶと先行車ＬＶの速度が等しく（Ｖ＝Ｖlead＝Ｖ0）、車間距離Ｄの初期値Ｄ0が目標車間距離Ｄ^＊より大きい状態から（Ｄ0＞Ｄ^＊）、先行車ＬＶが減速して、車間距離Ｄと先行車の減速後の目標車間距離Ｄ^＊が等しくなる場合の例を示している。このとき自車ＯＶは、図２０と同様に車間距離Ｄと目標車間距離Ｄ^＊が等しくなるように先行車ＬＶに接近するために一度加速してから減速する動作と、先行車ＬＶの減速に合わせて減速する動作と、先行車の減速に伴い小さくなる目標車間距離Ｄ^＊まで接近する動作が必要となる。

図２０、図２１の走行シーン例に対する本実施の形態４のシミュレーション結果をそれぞれ図２２、図２３に示す。なお、図２２、図２３のシミュレーション結果の表示は実施の形態１〜３と同様とする。

図２２において、初期状態では、すなわち時刻０［ｓ］では車間距離初期値Ｄ0＝５０［ｍ］、目標車間距離Ｄ^＊＝４０［ｍ］、自車速Ｖ＝先行車速Ｖlead＝６０［ｋｍ／ｈ］、である。また、図２２で示される期間先行車速Ｖleadは一定である。一方、自車ＯＶは加速して車間距離を詰めた後、先行車速Ｖleadまで再度減速する。図２２中１段目の車間距離において、目標軌道Ｄtrk^＊は車間距離初期値Ｄ0＝５０［ｍ］から目標車間距離Ｄ^＊＝４０［ｍ］へ収束するまでの時間履歴であり、目標軌道生成部１０４Ａにおける数式（２５）のフィルタＦinit（ｓ）により定義される。そして、このフィルタの応答特性に従うための車速指令Ｖ^＊は、上記式（２４）により、図２２中３段目の第１フィードフォワード車速指令ＶFF_init^＊を用いて演算される。このとき、図２２中３段目のフィードバック車速指令ＶFB^＊および他のフィードフォワード指令はゼロである。本構成により、制御開始時の車間距離偏差（Ｄ0−Ｄ^＊）を収束させる動作を、フィルタＦinit（ｓ）の応答特性のみに従って定義することができる。

次に、図２１の走行シーンに基づくシミュレーション結果について図２３を用いて説明する。図２３の初期状態は図２２と同様である。図２３では、先行車ＬＶが初期状態の先行車速Ｖlead＝６０［ｋｍ／ｈ］から０［ｋｍ／ｈ］まで減速する。このとき、図２３中２段目の先行車速追従指令ＶFF_lead^＊は、先行車ＬＶの減速に合わせてフィルタＦlead（ｓ）の応答特性に従って減速する。そして、図２３中３段目の第１フィードフォワード車速指令ＶFF_init^＊はフィルタＦinit（ｓ）の応答特性に従って制御開始時の車間距離偏差（Ｄ0−Ｄ^＊）を収束させるための加速を行い、第２フィードフォワード車速指令ＶFF_dref^＊はフィルタＦdref（ｓ）の応答特性に従って減少する目標車間距離Ｄ^＊に追従するための加速を行い、遅延距離補償車速指令ＶFF_delay^＊はフィルタＦdelay（ｓ）の応答特性に従って車速制御部１２の遅延を補償するため減速を行う。
すなわち、本構成により、「先行車速の変動に追従する動作」と「制御開始時の車間距離偏差を収束させる動作」と「目標車間距離Ｄ^＊変動に追従する動作」と「制御遅延を補償する動作」を個別に設計して、目標軌道Ｄtrk^＊に追従する車間距離制御を実現することができる。

以上のように、本実施の形態４によれば、２つのＦＦ制御部１１１、１１２を備え、目標車間距離Ｄ^＊に対応するフィードフォワード車速指令を、目標車間距離Ｄ^＊変動時において制御開始時の車間距離偏差（Ｄ0−Ｄ^＊）を収束させるための第１フィードフォワード車速指令ＶFF_init^＊と目標車間距離Ｄ^＊に追従するための第２フィードフォワード車速指令ＶFF_dref^＊の２種類とし、これらを用いて車速指令Ｖ^＊を演算するようにしたので、実施の形態１から３の効果に加え、先行車速Ｖleadの変動への追従、制御開始時の車間距離偏差（Ｄ0−Ｄ^＊）の収束、目標車間距離Ｄ^＊変動への追従及び制御遅延の補償の各制御を個別に精度よく行うことができる、車間距離制御装置の提供が可能となる。

上記実施の形態４の図２１では先行車ＬＶが減速する例で説明したが、加速の場合も同様に制御可能であることは言うまでもない。

また、本実施の形態４では２つのＦＦ制御部１１１、１１２を備える構成について説明したが、本構成は実施の形態１および実施の形態２においても適用可能である。
図２４は、実施の形態１に係る車間距離制御装置１００のＦＦ制御部１０６を、第１ＦＦ制御部１１１及び第２ＦＦ制御部１１２に置き換えた車間距離制御装置１００Ａの構成を示す機能ブロック図である。図において、目標軌道生成部１０４Ａも上述した図１７の制御ブロック図で説明した、初期値が目標車間距離Ｄ^＊に対する車間距離初期値Ｄ0の偏差である目標車間偏差（Ｄ0−Ｄ^＊）、入力が０であるフィルタＦinit（ｓ）１０４１ａと、初期値および入力が目標車間距離Ｄ^＊であるフィルタＦdref（ｓ）１０４１ｂの２つのフィルタを備えている。また、車速指令演算部１０８Ａには、入力されたフィードバック車速指令ＶFB^＊、第１フィードフォワード車速指令ＶFF_init^＊、第２フィードフォワード車速指令ＶFF_dref^＊、遅延距離補償車速指令ＶFF_delay^＊及び先行車速Ｖleadを用い、それらの和として、車速指令Ｖ^＊を演算し出力する。出力された車速指令Ｖ^＊は車速制御部１２に入力される。
以上の構成により、実施の形態１の効果に加え、２つのＦＦ制御部により「制御開始時の車間距離偏差を収束させる動作」と「目標車間距離Ｄ^＊変動に追従する動作」を個別に設計して、目標軌道Ｄtrk^＊に追従する車間距離制御を実現する効果を得ることができる。

図２５は、実施の形態２に係る車間距離制御装置２００のＦＦ制御部１０６を、第１ＦＦ制御部１１１、第２ＦＦ制御部１１２に置き換えた車間距離制御装置２００Ａの構成を示す機能ブロック図である。図２４と同様に、目標軌道生成部１０４Ａも図１７の制御ブロック図で説明した構成である。また、車速指令演算部１０８Ａには、入力されたフィードバック車速指令ＶFB^＊、第１フィードフォワード車速指令ＶFF_init^＊、第２フィードフォワード車速指令ＶFF_dref^＊、遅延距離補償車速指令ＶFF_delay^＊及び先行車速追従指令ＶFF_lead^＊を用い、それらの和として、車速指令Ｖ^＊を演算し出力する。出力された車速指令Ｖ^＊は車速制御部１２に入力される。
この構成により、実施の形態２の効果に加え、２つのＦＦ制御部により「制御開始時の車間距離偏差を収束させる動作」と「目標車間距離Ｄ^＊変動に追従する動作」を個別に設計して、目標軌道Ｄtrk^＊に追従する車間距離制御を実現する効果を得ることができる。

本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１０ 車間距離センサ、１１ 車速センサ、１２ 車速制御部、１３ 車両駆動部、２０ 処理回路、２１ プロセッサ、２２ メモリ、１００、１００Ａ、２００、２００Ａ、３００、４００ 車間距離制御装置、１０１ 先行車速演算部、１０２ 目標車間設定部、１０３、１０３Ａ 遅延距離演算部、１０４、１０４Ａ 目標軌道生成部、１０５ ＦＢ制御部、１０６ ＦＦ制御部、１０７ 遅延距離補償部、１０８、１０８Ａ 車速指令演算部、１０９ 第１先行車速フィルタ部、１１０ 第２先行車速フィルタ部、１１１ 第１ＦＦ制御部、１１２ 第２ＦＦ制御部、１０４１、１０４１ｂ 第１のフィルタ、１０４１ａ 第３のフィルタ、１０４２ 第２のフィルタ

本願に開示される車間距離制御装置は、自車と先行車との車間距離、前記先行車との相対速度及び前記自車の速度に基づいて前記自車の車速指令を演算する車速指令演算部を有し、前記車速指令演算部で演算された前記車速指令により車速制御部で前記自車の速度を制御し、前記車間距離の制御を行う車間距離制御装置であって、前記自車の速度及び前記先行車との相対速度から前記先行車の速度を演算する先行車速演算部、前記先行車の速度に基づいて、前記車間距離を制御する目標値である目標車間距離を設定する目標車間設定部、前記先行車速演算部で演算された前記先行車の速度に基づいて、前記車速制御部の応答遅れに起因する前記車間距離の変動量である遅延距離を演算する遅延距離演算部、前記車間距離の初期値から前記目標車間距離に収束するまでの応答特性を定義する第１のフィルタと前記遅延距離を補償してゼロに収束させるまでの応答特性を定義する第２のフィルタとを有し、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車間距離の時間履歴である目標軌道を生成する目標軌道生成部、前記車間距離と前記目標軌道との偏差を用いてフィードバック車速指令を演算するＦＢ制御部、前記目標軌道生成部の前記第１のフィルタで定義された応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の伝達関数とを用いて、前記目標車間距離に対応するフィードフォワード車速指令を演算するＦＦ制御部、及び前記目標軌道生成部の前記第２のフィルタで定義された応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の伝達関数とを用い、前記遅延距離に対応する遅延距離補償車速指令を演算する遅延距離補償部を備え、前記車速指令演算部では、前記先行車の速度、前記フィードバック車速指令、前記フィードフォワード車速指令及び前記遅延距離補償車速指令に基づいて前記車速指令を演算するものである。

図１２は遅延距離演算部１０３Ａの構成を示す制御ブロック図である。図１２に示すように遅延距離演算部１０３Ａは、式（２０）で示された車速制御部１２の伝達関数ＧV（ｓ）１０３１と積分器１／ｓ１０３２を用いて表わされる。すなわち、伝達関数ＧV（ｓ）１０３１に先行車速追従指令ＶFF_lead^＊が入力され、その結果と先行車速Ｖleadとのその差分である Ｖlead―ＧV（ｓ）×ＶFF_lead^＊ を入力とした積分器１／ｓ１０３２の出力が上記式（２０）の遅延距離Ｄdelayである。

実施の形態１で説明した、車速指令Ｖ^＊を表す式（１７）である Ｖ^＊＝ＶFB^＊＋ＶFF^＊＋ＶFF_delay^＊＋Ｖlead において、第２項及び第３項はいずれも先行車速Ｖleadに対してフィードフォワードで演算される項である。本実施の形態２では、これらに対する入力を全て先行車速Ｖleadに対してフィルタ処理した先行車速追従指令ＶFF_lead^＊に置き換える。これにより、図１３中１段目の目標車間距離Ｄ^＊、３段目のフィードフォワード車速指令ＶFF^＊、遅延距離補償車速指令ＶFF_delay^＊は、実施の形態１の図１０と比較すると滑らかな波形となっている。結果として、４段目の加速度は緩やかに減速開始して緩やかに減速完了する波形となる。

以上のように、本実施の形態３の車間距離制御装置３００には、先行車速Ｖleadに対して第１先行車速フィルタ部１０９と第２先行車速フィルタ部１１０の２つのフィルタとを備える。第２先行車速フィルタ部１１０は、相対速度ｄＶ及び自車速Ｖのノイズの除去の役割を持ち、第２先行車速フィルタ部１１０による遅延はＦＢ制御部１０５にて補償される。そして、第１先行車速フィルタ部１０９は、車間距離制御装置３００の先行車速Ｖleadの変動に対する応答特性を定義し、第１先行車速フィルタ部１０９による遅延は遅延距離演算部１０３Ａで演算され、遅延距離補償部１０７により補償される。

１０ 車間距離センサ、１１ 車速センサ、１２ 車速制御部、１３ 車両駆動部、２０ 処理回路、２１ プロセッサ、２２ メモリ、１００、１００Ａ、２００、２００Ａ、３００、４００ 車間距離制御装置、１０１ 先行車速演算部、１０２ 目標車間設定部、１０３、１０３Ａ 遅延距離演算部、１０４、１０４Ａ 目標軌道生成部、１０５ ＦＢ制御部、１０６ ＦＦ制御部、１０７ 遅延距離補償部、１０８、１０８Ａ 車速指令演算部、１０９ 第１先行車速フィルタ部、１１０ 第２先行車速フィルタ部、１１１ 第１ＦＦ制御部、１１２ 第２ＦＦ制御部、１０４１、１０４１ａ 第１のフィルタ、１０４１ｂ 第３のフィルタ、１０４２ 第２のフィルタ

Claims (5)

1. 自車と先行車との車間距離、前記先行車との相対速度及び前記自車の速度に基づいて前記自車の車速指令を演算する車速指令演算部を有し、前記車速指令演算部で演算された前記車速指令により車速制御部で前記自車の速度を制御し、前記車間距離の制御を行う車間距離制御装置であって、
   前記自車の速度及び前記先行車との相対速度から前記先行車の速度を演算する先行車速演算部、
   前記先行車の速度に基づいて、前記車間距離を制御する目標値である目標車間距離を設定する目標車間設定部、
   前記先行車速演算部で演算された前記先行車の速度に基づいて、前記車速制御部の応答遅れに起因する前記車間距離の変動量である遅延距離を演算する遅延距離演算部、
   前記車間距離の初期値から前記目標車間距離に収束するまでの応答特性を定義する第１のフィルタと前記遅延距離を補償してゼロに収束させるまでの応答特性を定義する第２のフィルタとを有し、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車間距離の時間履歴である目標軌道を生成する目標軌道生成部、
   前記車間距離、前記先行車との相対速度、及び前記目標軌道の偏差にゲインを積算してフィードバック車速指令を演算するＦＢ制御部、
   前記目標軌道生成部の前記第１のフィルタで定義された応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の伝達関数とを用いて、前記目標車間距離に対応するフィードフォワード車速指令を演算するＦＦ制御部、及び
   前記目標軌道生成部の前記第２のフィルタで定義された応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の伝達関数とを用い、前記遅延距離に対応する遅延距離補償車速指令を演算する遅延距離補償部を備え、
   前記車速指令演算部では、前記先行車の速度、前記フィードバック車速指令、前記フィードフォワード車速指令及び前記遅延距離補償車速指令に基づいて前記車速指令を演算する、車間距離制御装置。
2. 自車と先行車との車間距離、前記先行車との相対速度及び前記自車の速度に基づいて前記自車の車速指令を演算する車速指令演算部を有し、前記車速指令演算部で演算された前記車速指令により車速制御部で前記自車の速度を制御し、前記車間距離の制御を行う車間距離制御装置であって、
   前記自車の速度及び前記先行車との相対速度から前記先行車の速度を演算する先行車速演算部、
   前記先行車の速度に対して前記車速指令の応答が遅延するようにフィルタ処理を行い、先行車速追従指令を演算する第１先行車速フィルタ部、
   前記第１先行車速フィルタ部で演算された前記先行車速追従指令に基づいて、前記車間距離を制御する目標値である目標車間距離を設定する目標車間設定部、
   前記先行車速演算部で演算された前記先行車の速度及び前記第１先行車速フィルタ部で演算された前記先行車速追従指令に基づいて、前記車速制御部及び前記第１先行車速フィルタ部の応答遅れに起因する前記車間距離の変動量である遅延距離を演算する遅延距離演算部、
   前記車間距離の初期値から前記目標車間距離に収束するまでの応答特性を定義する第１のフィルタと前記遅延距離を補償してゼロに収束させるまでの応答特性を定義する第２のフィルタとを有し、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車間距離の時間履歴である目標軌道を生成する目標軌道生成部、
   前記車間距離、前記先行車との相対速度、及び前記目標軌道の偏差にゲインを積算してフィードバック車速指令を演算するＦＢ制御部、
   前記目標軌道生成部の前記第１のフィルタで定義された応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の伝達関数とを用いて、前記目標車間距離に対応するフィードフォワード車速指令を演算するＦＦ制御部、及び
   前記目標軌道生成部の前記第２のフィルタで定義された応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の伝達関数とを用い、前記遅延距離に対応する遅延距離補償車速指令を演算する遅延距離補償部を備え、
   前記車速指令演算部では、前記先行車速追従指令、前記フィードバック車速指令、前記フィードフォワード車速指令及び前記遅延距離補償車速指令に基づいて前記車速指令を演算する、車間距離制御装置。
3. 自車と先行車との車間距離、前記先行車との相対速度及び前記自車の速度に基づいて前記自車の車速指令を演算する車速指令演算部を有し、前記車速指令演算部で演算された前記車速指令により車速制御部で前記自車の速度を制御し、前記車間距離の制御を行う車間距離制御装置であって、
   前記自車の速度及び前記先行車との相対速度から前記先行車の速度を演算する先行車速演算部、
   前記先行車の速度に対して、前記自車の速度及び前記先行車との相対速度に含まれるノイズを除去するフィルタ処理を行い、先行車の第２速度を演算する第２先行車速フィルタ部、
   前記先行車の第２速度に対して前記車速指令の応答が遅延するようにフィルタ処理を行い、先行車速追従指令を演算する第１先行車速フィルタ部、
   前記第１先行車速フィルタ部で演算された前記先行車速追従指令に基づいて、前記車間距離を制御する目標値である目標車間距離を設定する目標車間設定部、
   前記第２先行車速フィルタ部で演算された前記先行車の第２速度及び前記第１先行車速フィルタ部で演算された前記先行車速追従指令に基づいて、前記車速制御部及び前記第１先行車速フィルタ部の応答遅れに起因する前記車間距離の変動量である遅延距離を演算する遅延距離演算部、
   前記車間距離の初期値から前記目標車間距離に収束するまでの応答特性を定義する第１のフィルタと前記遅延距離を補償してゼロに収束させるまでの応答特性を定義する第２のフィルタとを有し、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車間距離の時間履歴である目標軌道を生成する目標軌道生成部、
   前記車間距離、前記先行車との相対速度、及び前記目標軌道の偏差にゲインを積算してフィードバック車速指令を演算するＦＢ制御部、
   前記目標軌道生成部の前記第１のフィルタで定義された応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の伝達関数とを用いて、前記目標車間距離に対応するフィードフォワード車速指令を演算するＦＦ制御部、及び
   前記目標軌道生成部の前記第２のフィルタで定義された応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の伝達関数とを用い、前記遅延距離に対応する遅延距離補償車速指令を演算する遅延距離補償部を備え、
   前記車速指令演算部では、前記先行車速追従指令、前記フィードバック車速指令、前記フィードフォワード車速指令及び前記遅延距離補償車速指令に基づいて前記車速指令を演算する、車間距離制御装置。
4. 前記目標軌道生成部は、さらに制御開始後の目標車間距離の変動に対する応答特性を定義する第３のフィルタを有し、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車間距離の時間履歴である目標軌道を生成し、
   前記ＦＦ制御部は、前記目標軌道生成部の前記第１のフィルタで定義された応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の伝達関数とを用いて、前記車間距離の初期値と前記目標車間距離との差に対応する第１フィードフォワード車速指令を演算する第１ＦＦ制御部と、
   前記目標軌道生成部の前記第３のフィルタで定義された応答特性の伝達関数と、前記車速制御部の応答特性の伝達関数とを用いて、前記目標車間距離に対応する第２フィードフォワード車速指令を演算する第２ＦＦ制御部とを有し、
   それぞれ演算された前記第１フィードフォワード車速指令及び前記第２フィードフォワード車速指令を前記車速指令演算部に出力する、請求項１から３のいずれか１項に記載の車間距離制御装置。
5. 前記目標軌道生成部の前記第１のフィルタは、前記車間距離の初期値から前記目標車間距離に収束するように、前記車間距離に対応する周波数及び減衰係数の２次の伝達関数を用いて応答特性を定義し、
   前記第２のフィルタは、前記遅延距離をゼロに収束するように、前記遅延距離に対応する周波数及び減衰係数の２次の伝達関数を用いて応答特性を定義する、請求項１から４のいずれか１項に記載の車間距離制御装置。

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