WO2010084568A1 - 隊列走行制御システム及び車両 - Google Patents

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WO2010084568A1
WO2010084568A1 PCT/JP2009/050752 JP2009050752W WO2010084568A1 WO 2010084568 A1 WO2010084568 A1 WO 2010084568A1 JP 2009050752 W JP2009050752 W JP 2009050752W WO 2010084568 A1 WO2010084568 A1 WO 2010084568A1
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vehicles
inter
control system
control
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PCT/JP2009/050752
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English (en)
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Inventor
充央 志田
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16—Anti-collision systems
    • G08G1/161—Decentralised systems, e.g. inter-vehicle communication
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
    • B60W30/14—Adaptive cruise control
    • B60W30/16—Control of distance between vehicles, e.g. keeping a distance to preceding vehicle
    • B60W30/165—Automatically following the path of a preceding lead vehicle, e.g. "electronic tow-bar"
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/22—Platooning, i.e. convoy of communicating vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a convoy travel control system that controls the traveling state of each vehicle constituting the convoy so that a plurality of vehicles travel in a convoy, and a vehicle equipped with such a system.
  • each of the following vehicles in the platoon controls the inter-vehicle distance from the leading vehicle in the platoon, thereby realizing the platooning by a plurality of vehicles.
  • each subsequent vehicle responds quickly to the disturbance received by the leading vehicle in the platoon, so there is no propagation of an error in the distance between the vehicles, and the platoon behavior is hardly disturbed.
  • an object of the present invention is to provide a row running control system and a vehicle that can realize row running that is resistant to disturbance.
  • the row running control system of the present invention is a row running control system that controls the running state of each vehicle so that a plurality of vehicles run in a row, and is a configuration of at least a part of constituent vehicles constituting the row
  • the travel control amount of the vehicle is determined as a travel control amount that minimizes a predetermined evaluation value
  • the predetermined evaluation value is a value related to a relative relationship between each constituent vehicle and at least one of the constituent vehicles. It is calculated based on a value related to the travel control amount of the vehicle.
  • the convoy travel is controlled in consideration of the relative relationship between the vehicles of the constituent vehicles of the convoy and the travel control amount of the constituent vehicles, so the relative relationship between the vehicles of each constituent vehicle It is possible to realize a platooning that is resistant to disturbances that disturb.
  • the predetermined evaluation value is a value calculated by weighting each of a value related to a relative relationship between the constituent vehicles and a value related to a travel control amount of at least one constituent vehicle among the constituent vehicles. It is good also as being.
  • the value related to the relative relationship between the constituent vehicles described above is at least one of the error of the inter-vehicle distance with the immediately preceding constituent vehicle in each constituent vehicle or the relative speed with the immediately preceding constituent vehicle in each constituent vehicle. It may be included.
  • the constituent vehicles described above may include the leading vehicle in the formation. According to this configuration, the running state of the leading vehicle is also controlled, and disturbance can be absorbed by the movement of the leading vehicle.
  • the value related to the travel control amount of the at least one vehicle is calculated by weighting the travel control amount of the leading vehicle and the travel control amounts of the following vehicles other than the leading vehicle.
  • the weight in this weighting may be determined based on the positional relationship between the leading vehicle and an obstacle existing ahead of the leading vehicle.
  • the present inventors show that the safety of the leading vehicle increases when the positional relationship between the leading vehicle and the obstacle is not good (for example, when the leading vehicle is near the obstacle). Because it is thought that the nature is low, we focused on the fact that the degree of control intervention in the leading vehicle should be modest.
  • the evaluation value determines the weighting weight based on the positional relationship between the leading vehicle and the obstacle, and the degree of control intervention to the leading vehicle by the weighting. Since the balance between the control vehicle and the degree of control intervention for the following vehicle is distributed, it is possible to cause the leading vehicle to intervene with a balance corresponding to the safety of the leading vehicle. As a result, for example, when the distance between the leading vehicle and the obstacle is short, it is possible to avoid a large behavior being required for the leading vehicle.
  • the predetermined evaluation value is obtained by weighting each inter-vehicle distance error with the immediately preceding vehicle in each constituent vehicle and the travel control amount of at least one constituent vehicle among the constituent vehicles. It is a calculated value, and the weight in this weighting may be determined based on the speed at which the constituent vehicle travels.
  • the present inventors attach importance to reducing the acceleration / deceleration of the constituent vehicle rather than the stability of the platoon because the influence of air resistance is small during low-speed driving.
  • the stability of the platoon should be more important than the reduction in acceleration / deceleration of the constituent vehicles because the influence of air resistance is large during high-speed driving.
  • the weight of the weight is determined based on the traveling speed of the constituent vehicle in the evaluation value, and the vehicle between the constituent vehicles of the convoy related to the stability of the convoy
  • the balance between the relative relationship and the travel control amount of the constituent vehicle related to the suppression of acceleration / deceleration of the constituent vehicle is distributed. Therefore, according to this system, platooning control is performed in which the stability of the platoon and the suppression of acceleration / deceleration of the constituent vehicles are taken into consideration in a balance based on the traveling speed of the platoon, and fuel efficiency can be improved efficiently. Can do.
  • the vehicle of the present invention includes any one of the row running control systems described above. Since this vehicle is provided with any one of the row running control systems described above, row running that is resistant to disturbance can be realized. In this case, the vehicle of the present invention can also be a component vehicle of the platoon.
  • row running control system and vehicle of the present invention row running that is resistant to disturbance can be realized.
  • FIG. 1 is a block diagram showing first, second, fourth and fifth embodiments of a row running control system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the row running realized by the row running control system shown in FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a process performed by the convoy travel control system according to the first embodiment when a constituent vehicle is determined.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating processing performed by the convoy travel control system according to the first embodiment during convoy travel.
  • FIGS. 5A, 5B, and 5C show the inter-vehicle error of each of the vehicles C 1 to C 5 , the inter-vehicle relative speed when the unknown gradient disturbance is applied to the platooning according to the conventional control first, And FIG.
  • FIG. 5D is a diagram showing a model of platooning control according to the first conventional control.
  • 6 (a), 6 (b), and 6 (c) show the inter-vehicle error of each of the vehicles C 1 to C 5 , the inter-vehicle relative speed when the unknown gradient disturbance is applied to the platooning according to the conventional control first
  • FIG. 6D is a diagram showing a model of platooning control according to the first conventional control.
  • FIGS. 7A, 7B and 7C show the inter-vehicle errors of the vehicles C 1 to C 5 when an unknown gradient disturbance is applied to the platooning by the platooning control system of the first embodiment. It is a graph which shows the relative speed between vehicles, and an acceleration, respectively.
  • FIGS. 8A, 8B, and 8C show the inter-vehicle error of each of the vehicles C 1 to C 5 , the inter-vehicle relative speed when the impulse disturbance is applied to the platooning according to the conventional control first
  • FIG. 8D is a diagram showing a model of platooning control according to the first conventional control.
  • 9 (a), (b), and (c) show the inter-vehicle error of each of the vehicles C 1 to C 5 , the inter-vehicle relative speed when the impulse-like disturbance is applied to the platooning according to the conventional control first
  • FIG. 9D is a diagram showing a model of platooning control according to the first conventional control.
  • FIG. 10A, 10B, and 10C show inter-vehicle errors of the vehicles C 1 to C 5 when impulse disturbance is applied to the row running by the row running control system of the first embodiment. It is a graph which shows the relative speed between vehicles, and an acceleration, respectively.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a process performed during the platooning by the platooning control system according to the second embodiment.
  • FIGS. 12A, 12B, and 12C show inter-vehicle errors of the vehicles C 1 to C 5 when an unknown gradient disturbance is applied to the row running by the row running control system of the second embodiment. It is a graph which shows the relative speed between vehicles, and an acceleration, respectively.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a third embodiment of the row running control system of the present invention.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating processing performed by the convoy travel control system of the third embodiment during convoy travel.
  • Figure 15 is a graph showing the TTC of the lead vehicle C 1, the relationship between the weight epsilon u1 included in the evaluation function.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating processing performed by the convoy travel control system according to the fourth embodiment during convoy travel.
  • FIG. 17 is a graph showing the relationship between the vehicle speed V and the weights ⁇ u and ⁇ L included in the evaluation function.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a process performed during a platooning operation by the platooning control system according to the fourth embodiment.
  • Convoy travel control system C 1 to C 5 ... vehicle, C 1 ... leading vehicle, C 2 to C 5 ... following vehicle.
  • the convoy travel control system 1 shown in FIG. 1 is a system that controls the traveling state of each of the plurality of vehicles so that the plural vehicles travel in a convoy.
  • the row running control system 1 realizes row running in which a plurality of vehicles run in a vertical row at a relatively narrow inter-vehicle distance.
  • row running composed of an arbitrary number of vehicles can be realized, but here, as shown in FIG. 2, five vehicles C 1 , C 2 , C 3 , C A case where the platooning is performed at 4 and C 5 will be described as an example.
  • the speed of C n is represented by “V n ”
  • the acceleration command value of the vehicle C n is represented by “u n ”.
  • an inter-vehicle error between the vehicle C n and the vehicle C n + 1 is represented by “L n ”.
  • the inter-vehicle error means an error between the target inter-vehicle distance L tgt and the current inter-vehicle distance.
  • the vehicle C 1 traveling at the head is referred to as a “head vehicle”, while the vehicles C 2 to C 5 are collectively referred to as “following vehicles”. There is.
  • All the vehicles C 1 to C 5 constituting the platoon each have a platoon traveling control system 1 described below.
  • the convoy travel control system 1 includes a vehicle control ECU (Electronic Control Unit) 10.
  • the vehicle control ECU 10 is an electronic control unit that performs overall control of the platooning control system 1, and is configured mainly by a computer including a CPU, a ROM, and a RAM, for example.
  • the vehicle control ECU 10 includes an information storage unit 10a that can store information temporarily or for a long period of time.
  • the vehicle control ECU 10 functions as a calculation unit that calculates the acceleration command values u 1 to u 5 of the vehicles C 1 to C 5 by a predetermined calculation described later.
  • the platooning control system 1 includes sensors for detecting the traveling state of the host vehicle. These sensors include a front inter-vehicle distance sensor 21a, a rear inter-vehicle distance sensor 22a, a vehicle speed sensor 23a, and an acceleration sensor 24a.
  • the front inter-vehicle distance sensor 21a can detect the inter-vehicle distance from a vehicle traveling immediately in front of the host vehicle.
  • the rear inter-vehicle distance sensor 22a can detect the inter-vehicle distance from a vehicle that travels immediately behind the host vehicle.
  • a front inter-vehicle distance sensor 21a and a rear inter-vehicle distance sensor 22a for example, millimeter wave radars provided respectively at the front part and the rear part of the vehicle are employed.
  • a signal obtained by the front inter-vehicle distance sensor 21a is processed by the front sensor ECU 21 and transmitted to the vehicle control ECU 10 as front inter-vehicle distance information.
  • a signal obtained by the rear inter-vehicle distance sensor 22a is processed by the rear sensor ECU 22 and transmitted to the vehicle control ECU 10 as rear inter-vehicle distance information.
  • the vehicle speed sensor 23a can detect the speed of the host vehicle.
  • the vehicle speed sensor 23a for example, an electromagnetic pickup sensor that detects the wheel speed is used.
  • a signal obtained by the vehicle speed sensor 23a is processed by the vehicle speed sensor ECU 23 and transmitted to the vehicle control ECU 10 as vehicle speed information.
  • a gas rate sensor or a gyro sensor is used as the acceleration sensor 24a.
  • a signal obtained by the acceleration sensor 24a is processed by the acceleration sensor ECU 24 and transmitted to the vehicle control ECU 10 as acceleration information.
  • the front sensor ECU 21, the rear sensor ECU 22, the vehicle speed sensor ECU 23, and the acceleration sensor ECU 24 are connected to the vehicle control ECU 10 through a communication / sensor system CAN 20 constructed as an in-vehicle network.
  • the above-mentioned sensors can obtain the front inter-vehicle distance information, the rear inter-vehicle distance information, the vehicle speed information, and the acceleration information about the host vehicle.
  • the front inter-vehicle distance information, the rear inter-vehicle distance information, the vehicle speed information, and the acceleration information may be collectively referred to as “running state information”.
  • the system 1 includes an engine control ECU 31, a brake control ECU 32, and a steering control ECU 33 to perform operations such as acceleration / deceleration and steering of the host vehicle.
  • the engine control ECU 31 receives the acceleration command value information transmitted from the vehicle control ECU 10, and operates the throttle actuator 31a and the like with an operation amount corresponding to the acceleration command value.
  • the brake control ECU 32 receives the acceleration command value information and operates the brake actuator 32a and the like with an operation amount corresponding to the acceleration command value.
  • the steering control ECU 33 receives the steering command value information transmitted from the vehicle control ECU 10, and operates the steering actuator 33a and the like with an operation amount corresponding to the steering command value.
  • the platooning control system 1 includes a wireless antenna 26a and a wireless control ECU 26 so as to exchange traveling state information and the like with other constituent vehicles of the platoon.
  • the vehicles C 1 to C 5 in the platoon communicate with each other by the wireless antenna 26a and the wireless control ECU 26, and acquire vehicle specification information, running state information, and acceleration command value information of all other constituent vehicles.
  • the vehicle specification information of the host vehicle, the traveling state information, and the acceleration command value information are transmitted to the other vehicle.
  • the vehicle control ECU10 of all the vehicles C 1 ⁇ C 5 vehicle specification information of all the vehicles C 1 ⁇ C 5, the traveling state information, and to share the acceleration command value information it can.
  • the radio control ECU 26 is connected to the vehicle control ECU 10 via the communication / sensor system CAN 20 described above.
  • the row running control system 1 controls the running states of the four subsequent vehicles C 2 to C 5 so as to follow the leading vehicle C 1 that is manually driven by the driver.
  • the traveling state information of all the vehicles C 1 to C 5 is used. .
  • the platooning control system 1 uses optimal control (LQ control), and the accelerations a 1 to a 5 and the inter-vehicle errors L 1 to L for all the vehicles C 1 to C 5 constituting the platoon. 4 , the acceleration command values u 2 to u 5 are determined using the inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 and the acceleration command values u 1 to u 5 .
  • the vehicle between the relative speed is the difference between the vehicle speed V n + 1 of the vehicle speed V n and the vehicle C n + 1 of the vehicle C n, so is also the time derivative of the vehicle error L n, the inter-vehicle relative speed, dL n / It is represented by dt or L′ n .
  • acceleration command values u 2 to u 5 are used as control inputs, and accelerations a 1 to a 5 , inter-vehicle errors L 1 to L 4 and inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 are obtained.
  • the platooning of the vehicles C 1 to C 5 is expressed by the following state space equation (1).
  • optimal control LQ control is applied to the system represented by the state space equation (1).
  • x the state vector
  • x (a 1, L 1, L '1, a 2, L 2, L' 2, a 3, L 3, L '3, a 4, L 4, L' 4, a 5 )
  • u c acceleration command value vector
  • u c (u 2 , u 3 , u 4 , u 5 )
  • u 0 Acceleration command value of the leading vehicle
  • u w Disturbance such as road gradient and wind.
  • A, B c , B 0 , and B w in equation (1) are matrices that are determined as appropriate based on various conditions such as vehicle specification information of the vehicles C 1 to C 5 .
  • a dot (point) on a character such as x represents time differentiation, but in the text, it is expressed as x ′ instead of a dot.
  • characters indicating matrices and vectors are displayed in bold, but in the text, bold characters are omitted and expressed in normal characters.
  • an acceleration instruction value vector u c above by using the feedback gain matrix K, represented by the following formula (2).
  • the feedback gain matrix K is a matrix of 13 columns ⁇ 4 rows.
  • the evaluation function J for performing the optimal control (LQ control) of the system represented by the state space equation (1) is defined as shown in Expression (3).
  • the term relating to the inter-vehicle errors L 1 to L 4 the term relating to the inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4, and the term relating to the acceleration command values u 2 to u 5 include weighting weights ⁇ L , ⁇ dL and ⁇ u are set.
  • the values of the weights ⁇ L , ⁇ dL , and ⁇ u are determined in advance by the designer of the row running control system 1 based on a desired design concept, and are stored in advance in the information storage unit 10a of the vehicle control ECU 10.
  • the feedback gain matrix K 1 that minimizes the evaluation function J of Equation (3) is uniquely obtained when the set of five vehicles C 1 to C 5 that constitute the platoon is determined. Then, the obtained feedback gain matrix K 1 is applied to Equation (2).
  • Formula (2) to which the feedback gain matrix K 1 is applied by setting u 1 of the leading vehicle to hood forward and substituting a state vector x obtained based on information from each sensor, acceleration instruction value vector u c such that the evaluation function J to a minimum is obtained. That is, a set of acceleration command values u 2 to u 5 that minimizes the evaluation function J is obtained.
  • acceleration command values u 2 to u 5 are obtained.
  • the state vector x used in the row running control is obtained based on information from the sensors of the vehicles C 1 to C 5 . That is, the accelerations a 1 to a 5 of the state vector x are obtained based on each acceleration information obtained from the acceleration sensor 24a of each vehicle C 1 to C 5 . Further, the inter-vehicle errors L 1 to L 4 are obtained based on the inter-vehicle distance information obtained from the front inter-vehicle distance sensor 21a or the rear inter-vehicle distance sensor 22a of each of the vehicles C 1 to C 5 .
  • the inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 are obtained by calculating the difference between the vehicle speeds of the preceding and succeeding vehicles based on the vehicle speed information obtained from the vehicle C 1 to C 5 vehicle speed sensors 23a. .
  • the accelerations a 1 to a 5 , the inter-vehicle errors L 1 to L 4 , and the inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 may be obtained by other methods.
  • the inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 may be obtained based on the change rates of the inter-vehicle errors L 1 to L 4 , respectively.
  • the vehicle control ECU 10 performs vehicle communication of all other constituent vehicles through inter-vehicle communication through the radio control 26a and the radio control ECU 26. Get specifications information. Furthermore, the vehicle specification information of all the vehicles C 1 to C 5 is acquired by reading the vehicle specification information of the host vehicle recorded in the information storage unit 10a. (S11). This vehicle specification information includes acceleration response characteristics of each vehicle. Next, the vehicle control ECU 10 creates a state space equation of Expression (1) and an evaluation function of Expression (3) based on the obtained vehicle specification information of all the vehicles C 1 to C 5 , and the evaluation function calculating a feedback gain matrix K 1 for the J to the minimum (S13). Then, the vehicle control ECU10 records the calculated feedback gain matrix K 1 in the information storage unit 10a (S15).
  • the vehicle control ECU 10 acquires the front inter-vehicle distance, the rear inter-vehicle distance, the vehicle speed, and the acceleration for the other four vehicles by inter-vehicle communication (S101). Next, the front inter-vehicle distance, the rear inter-vehicle distance, the vehicle speed, and the acceleration of the own vehicle are acquired from the sensors 21a to 24a of the own vehicle (S103).
  • the vehicle control ECU 10 acquires the front inter-vehicle distance, the rear inter-vehicle distance, the vehicle speed, and the acceleration for all the vehicles C 1 to C 5 , and based on the acquired information, the acceleration a 1 to The state vector x can be obtained by calculating a 5 , inter-vehicle errors L 1 to L 4 , and inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 .
  • the acceleration command value u 1 of the leading vehicle C 1 is set to feed forward (S111), and the feedback gain matrix K 1 is read from the information recording unit 10a (S113). Then, the equation (2), using the feedback gain matrix K 1, an acceleration instruction value vector u c based on the acceleration command value u 1 and the state vector x is calculated. That is, a set of feedback control command values u 2 to u 5 is obtained (S115).
  • the vehicle control ECU 10 of the vehicles C 2 to C 5 includes the acceleration command value u n of the own vehicle among the calculated acceleration command values u 2 to u 5 (for example, if the own vehicle is the vehicle C 3 , the acceleration command value). If the vehicle is the vehicle C 4 , the value u 3 and the acceleration command value u 4 ) are transmitted to the engine control ECU 31 and the brake control ECU 32 (S 131). Then, the engine control ECU31 operates the throttle actuator 31a based on the acceleration command value u n received, the brake control ECU32 operates the brake actuator 32a based on the acceleration command value u n received (S133).
  • the processes of S101 to S133 of FIG. 4 as described above are repeated during the formation running. By such processing, the acceleration / deceleration of the four following vehicles C 2 to C 5 is controlled corresponding to the leading vehicle C1, and the row running by the five vehicles C 1 to C 5 is achieved.
  • the row running control system 1 mounted on each vehicle C 1 to C 5 includes the accelerations a 1 to a 5 , the inter-vehicle errors L 1 to L 4 for all the vehicles C 1 to C 5 in the row, and Inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 are acquired. Then, the state vector x having the acquired accelerations a 1 to a 5 , inter-vehicle errors L 1 to L 4 , and inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 as elements, and all subsequent vehicles C 2 by LQ control. A set of acceleration command values u 2 to u 5 of to C 5 is determined.
  • the acceleration a 1 ⁇ a 5 of the vehicle C 1 ⁇ C 5, the inter-vehicle error L 1 ⁇ L 4 between the vehicle C 1 ⁇ C 5, the vehicle C 1 ⁇ the inter-vehicle relative speeds L '1 ⁇ L' 4 between C 5, the acceleration command value u 2 ⁇ u 5 of the vehicle C 2 ⁇ C 5, row running is controlled in view of the. Therefore, even if any one of the vehicles C 1 to C 5 receives the disturbance during the platooning, the four following vehicles C 2 to C 5 move in cooperation to stabilize the distance between the vehicles and smoothly move between the vehicles. The error is converged. Therefore, according to the convoy travel control system 1, it is possible to realize a convoy travel that is resistant to disturbances that disturb the inter-vehicle distance and relative speed between the vehicles C 1 to C 5 .
  • a term related to the inter-vehicle errors L 1 to L 4 a term related to the inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4, a term related to the acceleration command values u 2 to u 5 , and a weight ⁇ distributed to each of them.
  • Convoy travel control in which L , ⁇ dL , and ⁇ u are set by the designer so that matters such as stability of inter-vehicle distance, reduction of relative speed between vehicles, and energy saving of acceleration / deceleration are emphasized in a desired distribution. Can be executed.
  • the present inventors have found that the vehicle-to-vehicle errors L 1 to L 4 and the vehicle-to-vehicle relative speed L when a predetermined disturbance is applied to the row. ' 1 to L' 4 and accelerations a 1 to a 5 were obtained by simulation.
  • the present inventors also performed a similar simulation for two types of conventional two-column platooning for comparison. These two types of conventional control are platooning control using a model in which the vehicles C 1 to C 5 are connected in series with a spring damper buffer unit (see FIG.
  • FIG. 5 shows the inter-vehicle errors L 1 to L 4 of the vehicles C 1 to C 5 when the platoon enters the unknown road gradient of 1 deg during steady running at 15 km / h in the conventional control 1 (FIG. 5 ( a)), inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 (FIG. 5B), and accelerations a 1 to a 5 (FIG. 5C).
  • FIG. 6 shows the inter-vehicle errors L 1 to L 4 of the vehicles C 1 to C 5 when the platoon enters the unknown road slope under the same condition as above in the conventional control 2 (FIG. 6A).
  • the vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 (FIG. 6B) and accelerations a 1 to a 5 (FIG. 6C) are shown.
  • FIG. 7 shows the inter-vehicle errors L 1 to L 4 of the vehicles C 1 to C 5 when the convoy travels into the unknown road slope under the same conditions as described above in the convoy travel control system 1.
  • FIG. 7 (a) inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4
  • FIG. 7 (c) accelerations a 1 to a 5
  • FIG. 8 shows that each of the vehicles C 1 to C 5 when the impulse control disturbance of 0.1 G is applied to the vehicle C 3 during the steady running at 100 km / h in the first control.
  • Inter-vehicle errors L 1 to L 4 (FIG. 8A), inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 (FIG. 8B), and accelerations a 1 to a 5 (FIG. 8C) are shown. ing.
  • FIG. 9 also shows the inter-vehicle errors L 1 to L 4 (FIG. 9 (a)) of the vehicles C 1 to C 5 when impulse disturbance is applied under the same conditions as described above in the second conventional control.
  • the relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 (FIG. 9B) and accelerations a 1 to a 5 (FIG. 9C) are shown.
  • FIG. 10 shows inter-vehicle errors L 1 to L 4 of the vehicles C 1 to C 5 when impulse disturbance is applied under the same conditions as described above in the row running control by the row running control system 1 (see FIG. 10).
  • inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 (FIG. 10 (b)
  • accelerations a 1 to a 5 (FIG. 10 (c)).
  • FIG. 10 shows the inter-vehicle errors L 1 to L 4 are all the same in scale
  • FIG. 10B are all the same in the vertical scale
  • the vertical scales in FIG. 5C to FIG. 10C showing the accelerations a 1 to a 5 are all the same.
  • the scales of the horizontal axes of the respective diagrams showing time are the same.
  • the platooning control by the platooning control system 1 is compared between FIG. 5 (a), FIG. 6 (a), and FIG. 7 (a).
  • FIG. 7 (a) the conventional control first and second (FIG. 5 (a), the FIG. 6 (a)) as compared to a small inter-vehicle errors L 1 ⁇ L 4, also, the inter-vehicle errors L 1 ⁇ it can be seen that L 4 is not amplified.
  • the row running control by the row running control system 1 (FIG. 10 (a)) is compared between FIGS. 8 (a), 9 (a), and 10 (a). )),
  • the inter-vehicle errors L 1 to L 4 are smaller and the inter-vehicle errors L 1 to L 4 are amplified compared to the first and second conventional controls (FIGS. 8A and 9A). You can see that it is not.
  • the stability of the inter-vehicle distance and the relative speed between the vehicles with respect to the disturbance is high, and the platooning that is advantageous for energy saving can be realized because the acceleration / deceleration is small. It was shown that.
  • this row running control system 201 a row running control system in which the running states of only the following vehicles C 2 to C 5 are controlled in that the running states of all five constituent vehicles C 1 to C 5 are controlled. It is different from 1. That is, in the row running control system 201, control intervenes in the running states of all the constituent vehicles C 1 to C 5 including the running state of the leading vehicle C 1 .
  • the target acceleration command value u 0 of the leading vehicle C 1 is manually determined by the driver or automatically determined based on a predetermined travel plan or the like.
  • the acceleration command value vector u c in the state space equation (1) is a vector including five acceleration command values u 1 to u 5 of all the vehicles C 1 to C 5 , as shown below. expressed.
  • u c (u 1 , u 2 , u 3 , u 4 , u 5 ) T
  • the acceleration command value vector u c is expressed by the following formula (5).
  • B ff in the equation (5) is a different vector from B ff in the above-mentioned formula (2).
  • the feedback gain matrix K is a matrix of 13 columns ⁇ 5 rows.
  • the evaluation function J is expressed by the following expression (6).
  • the vehicle control ECU 10 of each of the vehicles C 1 to C 5 is fed back as in the platoon traveling control system 1 (see FIG. 3).
  • the calculated gain matrix K 2 is recorded in the information storage unit 10a.
  • the vehicle control ECU 10 acquires the front inter-vehicle distance, the rear inter-vehicle distance, the vehicle speed, and the acceleration for the other four vehicles by inter-vehicle communication (S201).
  • the front vehicle distance, the rear vehicle distance, the vehicle speed, and the acceleration of the host vehicle are acquired from the sensors 21a to 24a of the host vehicle (S203).
  • the vehicle control ECU 10 acquires the front inter-vehicle distance, the rear inter-vehicle distance, the vehicle speed, and the acceleration for all the vehicles C 1 to C 5 , and based on the acquired information, the acceleration a 1 to The state vector x can be obtained by calculating a 5 , inter-vehicle errors L 1 to L 4 , and inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 .
  • the target acceleration command value u 0 of the leading vehicle C 1 is set to feed forward (S221), and the feedback gain matrix K 2 is read from the information recording unit 10a (S223). Then, the equation (6), using the feedback gain matrix K 2, acceleration instruction value vector u c is calculated based on the target acceleration command value u 0 and the state vector x, the feedback control command value u 1 ⁇ u 5 It is obtained (S225).
  • the vehicle control ECU 10 of the vehicles C 1 to C 5 out of the calculated acceleration command values u 1 to u 5 determines the acceleration command value u n of the own vehicle (for example, if the own vehicle is the vehicle C 3 , the acceleration command value). value u 3, the vehicle transmits the acceleration command value u 4) if the vehicle C 4 to the engine control ECU31 and the brake control ECU 32 (S231). Then, the engine control ECU31 operates the throttle actuator 31a based on the acceleration command value u n received, the brake control ECU32 operates the brake actuator 32a based on the acceleration command value u n received (S233).
  • the processes of S201 to S233 in FIG. 11 as described above are repeated during the platooning. By such processing, the acceleration / deceleration of the five subsequent vehicles C 1 to C 5 is controlled, and the platooning by the five vehicles C 1 to C 5 is achieved.
  • the row running control system 1 mounted on each vehicle C 1 to C 5 includes the accelerations a 1 to a 5 , the inter-vehicle errors L 1 to L 4 for all the vehicles C 1 to C 5 in the row, and Inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 are acquired. Then, using the state vector x having the acquired accelerations a 1 to a 5 , inter-vehicle errors L 1 to L 4 , and inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 as elements, all subsequent vehicles C 1 are subjected to LQ control. A set of acceleration command values u 1 to u 5 for C 5 is determined.
  • this row running control system 201 even when any one of the vehicles C 1 to C 5 receives the disturbance during the row running, all the five vehicles C 1 to C 5 move in cooperation. Stabilize the distance between cars and smoothly converge the distance between cars. Therefore, according to the convoy travel control system 201, it is possible to realize convoy travel that is resistant to disturbances that disturb the inter-vehicle distance and relative speed between the vehicles C 1 to C 5 .
  • FIG. 12 shows the inter-vehicle errors L 1 to L of the vehicles C 1 to C 5 when the convoy travel control by the convoy travel control system 201 enters the unknown road gradient of 1 deg during steady travel at 15 km / h. 4 (FIG. 12 (a)), inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 (FIG. 12 (b)), and accelerations a 1 to a 5 (FIG. 12 (c)). That is, in this simulation, the same disturbance as that shown in FIGS. 5 to 7 is given to the formation. Also, the scale of the vertical axis of FIG. 12 (a) showing the inter-vehicle errors L 1 to L 4 is the same as that of FIGS.
  • FIGS. 5 (a) to 7 (a) and the inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 are
  • the scale of the vertical axis of FIG. 12 (b) is the same as that of FIGS. 5 (b) to 7 (b), and the scale of the vertical axis of FIG. 12 (c) showing the accelerations a 1 to a 5 is shown in FIG. c) to FIG. 7 (c).
  • the horizontal scales of FIGS. 12A to 12C showing the time are all the same as those in FIGS.
  • the platooning control system 201 has a slight inter-vehicle error compared to the platooning control system 1. It can also be seen that there is little variation in the relative speed between vehicles. Further, comparing FIG. 7C and FIG. 12C, it can be seen that the variation in acceleration is particularly small in the row running control system 201 compared to the row running control system 1. As shown in FIG. 12 (c), the row running control system 201, after the leading vehicle C 1 is decelerated by the gradient approach, the lead vehicle C 1 due to the distance to the following vehicle C 2 is jammed It is turning to the acceleration side. For this reason, control is performed so that the entire formation does not slow down too much. Thus, according to the row running control system 201, in addition to the effect of the row running control system 1, it has been shown that smooth running can be realized with further reduced acceleration and deceleration.
  • the convoy travel control system 301 of this embodiment further includes an operation switch 29 a in addition to the convoy travel control system 1.
  • the operation switch 29a is connected to the vehicle control ECU 10 via the communication / sensor system CAN20.
  • the operation switch 29a accepts a selection operation by the driver and transmits it to the vehicle control ECU 10 as an electric signal.
  • first type control the running states of the four following vehicles C 2 to C 5 are controlled
  • second type control the running states of all the vehicles C 1 to C 5 are controlled
  • Top control type selection information indicating which control of any type is selected in the operation switch 29a of the vehicle C 1 is shared by all the vehicles C 1 ⁇ C 5 by inter-vehicle communication.
  • the vehicle control ECU 10 determines the first type of control based on the vehicle specification information of all the vehicles C 1 to C 5 when the constituent vehicles C 1 to C 5 constituting the platoon are determined. a feedback gain matrix K 1 for use in, and a feedback gain matrix K 2 used in the control of the second type is calculated both, it is recorded on the information storage unit 10a.
  • the vehicle control ECU 10 performs processing S101 and S103, and then determines which type of control is selected based on the control type selection information ( S305).
  • the vehicle control ECU 10 performs steps S111, S113, and S115 when the first type control is selected, and performs steps S221, S223, and S225 when the second type control is selected. Do. Thereafter, the vehicle control ECU 10 performs a process S131, and the engine control ECU 31 and the brake control ECU 32 perform a process S133.
  • the processes of S101 to S133 in FIG. 14 as described above are repeated during the platooning.
  • FIG. 14 the same or equivalent processes as those in FIG. 4 or FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the intention of the driver of the lead vehicle C 1, by operating the operation switch 29a of the lead vehicle C 1, the control of the first or second type can be selectively performed. It should be noted that in this case, not limited to the operation switch 29a of the lead vehicle C 1, the control type may be selected by one of the operation switch 29a of the other vehicle C 2 ⁇ C 5.
  • control the running state of the lead vehicle C1 is the degree of intervention is to be changed in accordance with the first front risk of the vehicle C 1 .
  • the row running control system 401 uses the evaluation function J represented by the following equation (9) instead of the evaluation function J of the equation (7) in the row running control system 201 described above. Is done.
  • TTC 1 Time to Collision
  • ⁇ u1 f (TTC 1 )
  • epsilon u1 is a function of TTC 1
  • the relationship between the epsilon u1 and TTC 1 for example, represented by the graph of FIG. 15.
  • a term related to the acceleration command value u 1 of the leading vehicle C 1 in the equation (8) and the following vehicles C 2 to C 5 Different weights ⁇ u1 and ⁇ u25 are set for the terms related to the acceleration command values u 2 to u 5 . That is, by distributing the weights ⁇ u1 and ⁇ u25 included in the evaluation function J, the degree of control intervention in the acceleration command value u 1 of the leading vehicle C 1 and the acceleration command values u of the following vehicles C 2 to C 5 control the 2 ⁇ u 5 can adjust the balance between the degree of intervention.
  • epsilon u1 since a function of TTC 1, the degree of control to the acceleration command value u 1 of the lead vehicle C 1 intervention will vary based on the TTC of the lead vehicle C 1. That is, in the LQ control using the evaluation function J, as shown in FIG. 15, TTC of the lead vehicle C 1 is larger (lower risk of collision) as, epsilon u1 has become larger, the lead vehicle C1 The degree of control intervention on the acceleration command value u 1 increases. Then, TTC of the lead vehicle C 1 is small (high risk of collision) as, epsilon u1 has become small, the degree of intervention in the control of the acceleration command value u 1 of the lead vehicle C 1 is reduced. Further, in the range TTC head vehicle C 1 is equal to or less than a predetermined value, the epsilon u1 is zero, so that the control does not intervene to acceleration command value u 1 of the lead vehicle C1.
  • the distance of the vehicle means the estimated time until colliding with the front obstacle (e.g. a vehicle traveling in front), TTC of the lead vehicle C 1, for example, from the leading vehicle C 1 to the front obstacle and it can be calculated as a value divided by the relative speed between the leading vehicle C 1 and the front obstacle.
  • TTC the distance of the vehicle means the estimated time until colliding with the front obstacle (e.g. a vehicle traveling in front)
  • TTC of the lead vehicle C 1 for example, from the leading vehicle C 1 to the front obstacle and it can be calculated as a value divided by the relative speed between the leading vehicle C 1 and the front obstacle.
  • the vehicle control ECU10 of the lead vehicle C 1 calculates a TTC in the lead vehicle C 1, to deliver the leading car TTC information following vehicles C 2 ⁇ C 5 with inter-vehicle communication ( S401).
  • the vehicle control ECU10 of the lead vehicle C for example, inter-vehicle distance from the preceding vehicle traveling in front and the vehicle speed information of the preceding vehicle obtained by the inter-vehicle communication, the preceding vehicle obtained by the front inter-vehicle distance sensor 21a information and the vehicle speed information of the vehicle C 1, which is obtained by the vehicle speed sensor 23a, and calculates the TTC based on.
  • the leading vehicle TTC information is shared by all the vehicles C 1 to C 5 by calculating the TTC information by the leading vehicle C 1 and distributing it to the following vehicles C 2 to C 5 .
  • the vehicle control ECU 10 acquires the front inter-vehicle distance, the rear inter-vehicle distance, the vehicle speed, and the acceleration for four other vehicles by inter-vehicle communication (S403).
  • the front inter-vehicle distance, the rear inter-vehicle distance, the vehicle speed, and the acceleration of the own vehicle are acquired from the sensors 21a to 24a of the own vehicle (S405).
  • the vehicle control ECU 10 acquires the front inter-vehicle distance, the rear inter-vehicle distance, the vehicle speed, and the acceleration for all the vehicles C 1 to C 5 , and based on the acquired information, the acceleration a 1 to The state vector x can be obtained by calculating a 5 , inter-vehicle errors L 1 to L 4 , and inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 .
  • the vehicle control ECU 10 determines ⁇ u1 based on the leading vehicle TTC information from the relationship shown in FIG. 15 (S407). Then, the determined ⁇ u1 is applied to the above equation (9) to calculate a feedback gain matrix K 4 that minimizes the evaluation function J of equation (9) (S409).
  • the target acceleration command value u 0 of the leading vehicle C 1 is set to feed forward (S411), and the acceleration command value u 0 and the state are calculated using the calculated feedback gain matrix K 4.
  • the calculated acceleration instruction value vector u c based on the vector x
  • the feedback control command value u 1 ⁇ u 5 is determined (S413).
  • the vehicle control ECU 10 of the vehicles C 1 to C 5 out of the calculated acceleration command values u 1 to u 5 determines the acceleration command value u n of the own vehicle (for example, if the own vehicle is the vehicle C 3 , the acceleration command value). value u 3, the vehicle transmits the acceleration command value u 4) if the vehicle C 4 to the engine control ECU31 and the brake control ECU 32 (S415). Then, the engine control ECU31 operates the throttle actuator 31a based on the acceleration command value u n received, the brake control ECU32 operates the brake actuator 32a based on the acceleration command value u n received (S417).
  • S401 to S417 in FIG. 16 as described above are repeated during the formation running.
  • the intervention of the lead vehicle C 1 of the row running control is adjusted automatically in accordance with front risk of the lead vehicle C 1.
  • ⁇ u1 is zero or sufficiently a small value
  • the inter-vehicle distance is smaller in front of the risk of the front of another vehicle in the leading vehicle C 1 it is high, can be avoided and high acceleration by the row running control with respect to the lead vehicle C 1 is required.
  • the balance distribution between the vehicle acceleration / deceleration reduction factor and the vehicle inter-vehicle distance stabilization factor is the vehicle C 1- It is to be changed in accordance with the vehicle speed of the C 5.
  • the platooning control system 501 makes the weights ⁇ u and ⁇ L of the evaluation function J of Equation (6) variable in accordance with the vehicle speed in the above-described platooning control system 201. That is, weights ⁇ u and ⁇ L are respectively set in the term relating to the acceleration command values u 1 to u 5 of the vehicles C 1 to C 5 and the term relating to the inter-vehicle errors L 1 to L 4 in the equation (6). By distributing the weights ⁇ u and ⁇ L , it is possible to adjust the balance between the vehicle acceleration / deceleration reduction factor and the vehicle inter-vehicle distance stabilization factor in the platooning control.
  • the weights ⁇ u and ⁇ L are assumed to be functions of the vehicle speed V as shown in FIG. That is, as the vehicle speed V decreases, ⁇ u increases and ⁇ L decreases, and as the vehicle speed V increases, ⁇ u decreases and ⁇ L increases.
  • the factor of acceleration / deceleration reduction of the vehicle is more important as the vehicle speed of the platooning is smaller. The larger the value, the more important is the factor for stabilizing the inter-vehicle distance of the vehicle.
  • the weights ⁇ u and ⁇ L corresponding to the vehicle speed V are automatically set, so that the acceleration / deceleration reduction factor of the vehicle and the inter-vehicle distance stabilization factor correspond to the vehicle speed of the platooning.
  • the platooning control which is regarded as important with the appropriate balance is executed.
  • the vehicle control ECU 10 acquires the front inter-vehicle distance, the rear inter-vehicle distance, the vehicle speed, and the acceleration for four other vehicles by inter-vehicle communication (S503).
  • the front inter-vehicle distance, the rear inter-vehicle distance, the vehicle speed, and the acceleration of the own vehicle are acquired from the sensors 21a to 24a of the own vehicle (S505).
  • the vehicle control ECU 10 acquires the front inter-vehicle distance, the rear inter-vehicle distance, the vehicle speed, and the acceleration for all the vehicles C 1 to C 5 , and based on the acquired information, the acceleration a 1 to The state vector x can be obtained by calculating a 5 , inter-vehicle errors L 1 to L 4 , and inter-vehicle relative speeds L ′ 1 to L ′ 4 .
  • the vehicle control ECU 10 determines ⁇ u and ⁇ L based on the vehicle speed V of the host vehicle from the relationship shown in FIG. 17 (S507). Then, the determined ⁇ u and ⁇ L are applied to the above equation (6) to calculate a feedback gain matrix K 5 that minimizes the evaluation function J of equation (6) (S509).
  • the target acceleration command value u 0 of the leading vehicle C 1 is set to feed forward (S511), and the acceleration command value u 0 and the state are calculated using the calculated feedback gain matrix K 5.
  • the calculated acceleration instruction value vector u c based on the vector x
  • the feedback control command value u 1 ⁇ u 5 is determined (S513).
  • the vehicle control ECU 10 of the vehicles C 1 to C 5 out of the calculated acceleration command values u 1 to u 5 determines the acceleration command value u n of the own vehicle (for example, if the own vehicle is the vehicle C 3 , the acceleration command value). value u 3, the vehicle transmits the acceleration command value u 4) if the vehicle C 4 to the engine control ECU31 and the brake control ECU 32 (S515). Then, the engine control ECU31 operates the throttle actuator 31a based on the acceleration command value u n received, the brake control ECU32 operates the brake actuator 32a based on the acceleration command value u n received (S517).
  • S501 to S517 in FIG. 18 as described above are repeated during the formation running.
  • the row running control system 501 described above when the vehicles C 1 to C 5 constituting the row are running at a high speed, even if the energy loss due to acceleration / deceleration of the vehicles C 1 to C 5 slightly increases, the inter-vehicle error A convoy travel is executed with L 1 to L 4 being suppressed and an element of reducing air resistance.
  • the vehicles C 1 to C 5 are traveling at a low speed, even if the inter-vehicle errors L 1 to L 4 are slightly increased, the platooning that places importance on the acceleration / deceleration reduction factor of the vehicles C 1 to C 5 is performed. Executed.
  • the platooning control system 501 the platooning control in which the acceleration / deceleration reduction factor of the vehicle and the inter-vehicle distance stabilization factor are considered in a balance based on the platooning speed is performed. Fuel efficiency can be improved efficiently.
  • each platooning control system provided in each of the vehicles C 1 to C 5 performs an independent calculation process in parallel, but the vehicle C 1 after any of one vehicle row running control system of the ⁇ C 5 was calculated acceleration command value u 2 ⁇ u 5 performs the arithmetic processing (or acceleration command value u 1 ⁇ u 5), inter-vehicle You may make it deliver a calculation result to each other vehicle by communication.
  • the method in which each row running control system included in each of the vehicles C 1 to C 5 performs the calculation process independently is excellent in that no delay due to inter-vehicle communication occurs.
  • each platooning control system included in each of the vehicles C 1 to C 5 performs calculation processing independently, exchanges calculation results with each other by inter-vehicle communication, and performs a cross check of the calculation results. Good.
  • the evaluation function J of Expression (6) includes the acceleration command values u 1 to u 5 for all five vehicles C 1 to C 5. Further, at least one of the acceleration command values u 1 to u 5 may be included. For example, the few cars of the vehicle C 1 ⁇ C 5, in a case where there are circumstances which do not want to intervene control, the acceleration command value u n of the vehicle do not want to intervene control from numerical expression of the evaluation function J You may make it remove. For example, when the vehicle C 3 is a VIP vehicle, the control does not intervene in the traveling state of the vehicle C 3 by removing u 3 2 related to the acceleration command value of the vehicle C 3 from the right side of the equation (6). , it is avoided that excessive acceleration or deceleration to the vehicle C 3 is a VIP vehicle is required.
  • the case where the platooning is performed with the five vehicles C 1 to C 5 is described as an example.
  • the platooning control in the first to fifth embodiments is performed.
  • platooning with any number of vehicles is possible without being limited to five.
  • the present invention relates to a row running control system that controls the running state of each vehicle so that a plurality of vehicles run in a row, and improves disturbance stability of the row running.

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

隊列走行制御システム及び車両
　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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１のＴＴＣと、評価関数に含まれる重みεｕ１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εｕ，εＬ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、Ｃ１～Ｃ５…車両、Ｃ１…先頭車両、Ｃ２～Ｃ５…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Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５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Ｃｎの加速度を「ａｎ」で表し、車両Ｃｎの速度を「Ｖｎ」で表し、車両Ｃｎの加速度指令値を「ｕｎ」で表す。また、車両Ｃｎと車両Ｃｎ＋１との車間誤差を「Ｌｎ」で表す。なお、車間誤差とは、目標車間距離Ｌｔｇｔ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Ｃ１～Ｃ５のうち、先頭を走行する車両Ｃ１を「先頭車両」と呼び、これに対して、車両Ｃ２～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５の各加速度指令値ｕ１～ｕ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５の車両制御ＥＣＵ１０において、すべての車両Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１の走行状態に応じて、４台の後続車両Ｃ２～Ｃ５の走行状態が制御される。すなわち、先頭車両Ｃ１は運転者により手動で運転され、先頭車両Ｃ１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Ｃ１に追従するように、４台の後続車両Ｃ２～Ｃ５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Ｃ２～Ｃ５の各加速度指令値ｕ２～ｕ５を決定する際に、すべての車両Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５についての加速度ａ１～ａ５と、車間誤差Ｌ１～Ｌ４と、車両間相対速度Ｌ’１～Ｌ’４と、加速度指令値ｕ１～ｕ５と、を利用して、加速度指令値ｕ２～ｕ５が決定される。なお、車両間相対速度は、車両Ｃｎの車速Ｖｎと車両Ｃｎ＋１の車速Ｖｎ＋１との差であるが、車間誤差Ｌｎの時間微分でもあるので、車両間相対速度を、dLn/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Ｃ２～Ｃ５の加速度指令値ｕ２～ｕ５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ｕ２～ｕ５を制御入力とし、加速度ａ１～ａ５と、車間誤差Ｌ１～Ｌ４と、車両間相対速度Ｌ’１～Ｌ’４とを状態量として、車両Ｃ１～Ｃ５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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 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
ｕｃ：加速度指令値ベクトル、ｕｃ＝（ｕ２，ｕ３，ｕ４，ｕ５）Ｔ
ｕ０：先頭車両の加速度指令値
ｕｗ：道路勾配や風などの外乱
である。
また、式（１）中のＡ，Ｂｃ，Ｂ０，Ｂｗは、車両Ｃ１～Ｃ５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ｕｃ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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　式（３）中の車間誤差Ｌ１～Ｌ４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ｕ２～ｕ５に関する項には、それぞれ重み付けの重みεＬ，εｄＬ，εｕが設定されている。すなわち、評価関数Ｊに含まれる重みεＬ，εｄＬ，εｕ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εＬ，εｄＬ，εｕ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εＬ，εｄＬ，εｕ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Ｋ１は、隊列を構成する車両Ｃ１～Ｃ５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Ｋ１を式（２）に適用する。そして、フィードバックゲイン行列Ｋ１が適用された式（２）において、先頭車のｕ１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ｕｃ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ｕ２～ｕ５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Ｋ１に含まれる１３×４個の要素を”ｋ”に添字を付けて表せば、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 といった演算で、加速度指令値ｕ２～ｕ５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Ｃ１～Ｃ５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ａ１～ａ５は、各車両Ｃ１～Ｃ５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Ｌ１～Ｌ４は、各車両Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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ａ１～ａ５、車間誤差Ｌ１～Ｌ４、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Ｌ１～Ｌ４の変化率に基づいて求めてもよい。
　続いて、各車両Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５が決定された時点で、各車両Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｋ１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Ｋ１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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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ａ１～ａ５、車間誤差Ｌ１～Ｌ４、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Ｃ１の加速度指令値ｕ１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Ｋ１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Ｋ１を用いて、加速度指令値ｕ１及び状態ベクトルｘに基づいて加速度指令値ベクトルｕｃが算出される。すなわち、フィードバック制御指令値ｕ２～ｕ５の組が求められる（Ｓ１１５）。
　その後、車両Ｃ２～Ｃ５の車両制御ＥＣＵ１０は、算出された加速度指令値ｕ２～ｕ５のうち、自車両の加速度指令値ｕｎ（例えば、自車両が車両Ｃ３であれば加速度指令値ｕ３、自車両が車両Ｃ４であれば加速度指令値ｕ４）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ｕｎ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ｕｎ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Ｃ２～Ｃ５の加減速が先頭車両Ｃ１に対応して制御され、５台の車両Ｃ１～Ｃ５による隊列走行が達成される。
　以上説明した通り、各車両Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５に関する加速度ａ１～ａ５、車間誤差Ｌ１～Ｌ４、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ａ１～ａ５、車間誤差Ｌ１～Ｌ４、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Ｃ２～Ｃ５の加速度指令値ｕ２～ｕ５の組が決定される。そして、各後続車両Ｃ２～Ｃ５の隊列走行制御システム１は、決定された加速度指令値ｕ２～ｕ５のうち、自車両Ｃｎに関する加速度指令値ｕｎ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ｕｎ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Ｃ１～Ｃ５の加速度ａ１～ａ５と、車両Ｃ１～Ｃ５の間における車間誤差Ｌ１～Ｌ４と、車両Ｃ１～Ｃ５の間における車両間相対速度Ｌ’１～Ｌ’４と、車両Ｃ2～Ｃ５の加速度指令値ｕ２～ｕ５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Ｃ１～Ｃ５の何れか１台が受けた外乱に対しても、４台の後続車両Ｃ２～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｌ１～Ｌ４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ｕ２～ｕ５に関する項、各々に配分される重みεＬ，εｄＬ，εｕ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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｌ１～Ｌ４、車両間相対速度Ｌ’１～Ｌ’４、及び加速度ａ１～ａ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ２～Ｃ５のそれぞれを並列してばねダンパ緩衝ユニットで車両Ｃ１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Ｃ１～Ｃ５の車間誤差Ｌ１～Ｌ４（図５（ａ））、車両間相対速度Ｌ’１～Ｌ’４（図５（ｂ））、及び加速度ａ１～ａ５（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Ｃ１～Ｃ５の車間誤差Ｌ１～Ｌ４（図６（ａ））、車両間相対速度Ｌ’１～Ｌ’４（図６（ｂ））、及び加速度ａ１～ａ５（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Ｃ１～Ｃ５の車間誤差Ｌ１～Ｌ４（図７（ａ））、車両間相対速度Ｌ’１～Ｌ’４（図７（ｂ））、及び加速度ａ１～ａ５（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Ｃ３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Ｃ１～Ｃ５の車間誤差Ｌ１～Ｌ４（図８（ａ））、車両間相対速度Ｌ’１～Ｌ’４（図８（ｂ））、及び加速度ａ１～ａ５（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Ｃ１～Ｃ５の車間誤差Ｌ１～Ｌ４（図９（ａ））、車両間相対速度Ｌ’１～Ｌ’４（図９（ｂ））、及び加速度ａ１～ａ５（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Ｃ１～Ｃ５の車間誤差Ｌ１～Ｌ４（図１０（ａ））、車両間相対速度Ｌ’１～Ｌ’４（図１０（ｂ））、及び加速度ａ１～ａ５（図１０（ｃ））を示している。
　なお、車間誤差Ｌ１～Ｌ４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ａ１～ａ５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Ｌ１～Ｌ４が小さく、また、車間誤差Ｌ１～Ｌ４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ａ１～ａ５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Ｃ２～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５の加速度ａ１～ａ５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Ｌ１～Ｌ４が小さく、また、車間誤差Ｌ１～Ｌ４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ａ１～ａ５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Ｃ２～Ｃ５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Ｃ１に外乱が加わった場合にも、この外乱を後続車両Ｃ２～Ｃ５の動きのみで補償しようとするので、この場合、後続車両Ｃ２～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５の走行状態が制御される点において、後続車両Ｃ２～Ｃ５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Ｃ１の走行状態を含め、すべての構成車両Ｃ１～Ｃ５の走行状態に制御が介入する。この場合、先頭車両Ｃ１の目標加速度指令値ｕ０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ｕｃは、全車両Ｃ１～Ｃ５の５つの加速度指令値ｕ１～ｕ５を含むベクトルであり下のように表される。
ｕｃ＝（ｕ１，ｕ２，ｕ３，ｕ４，ｕ５）Ｔ
そして、加速度指令値ベクトルｕｃは、下式（５）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 なお、この式（５）中のＢｆｆは、前述の式（２）中のＢｆｆ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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　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Ｋ２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ｕｃ（すなわち、加速度指令値ｕ１～ｕ５の組）が求められる。
　続いて、各車両Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５が決定された時点で、各車両Ｃ１～Ｃ５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Ｋ２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Ｃ１～Ｃ５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ａ１～ａ５、車間誤差Ｌ１～Ｌ４、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Ｃ１の目標加速度指令値ｕ０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Ｋ２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Ｋ２を用いて、目標加速度指令値ｕ０及び状態ベクトルｘに基づいて加速度指令値ベクトルｕｃが算出され、フィードバック制御指令値ｕ１～ｕ５が求められる（Ｓ２２５）。
　その後、車両Ｃ１～Ｃ５の車両制御ＥＣＵ１０は、算出された加速度指令値ｕ１～ｕ５のうち、自車両の加速度指令値ｕｎ（例えば、自車両が車両Ｃ３であれば加速度指令値ｕ３、自車両が車両Ｃ４であれば加速度指令値ｕ４）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ｕｎ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ｕｎ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Ｃ１～Ｃ５の加減速が制御され、５台の車両Ｃ１～Ｃ５による隊列走行が達成される。
　以上説明した通り、各車両Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５に関する加速度ａ１～ａ５、車間誤差Ｌ１～Ｌ４、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ａ１～ａ５、車間誤差Ｌ１～Ｌ４、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Ｃ１～Ｃ５の加速度指令値ｕ１～ｕ５の組が決定される。そして、各車両Ｃ１～Ｃ５の隊列走行制御システム１は、決定された加速度指令値ｕ１～ｕ５のうち、自車両Ｃｎに関する加速度指令値ｕｎ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ｕｎ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Ｃ１～Ｃ５の何れか１台が受けた外乱に対しても、５台の車両Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５の車間誤差Ｌ１～Ｌ４（図１２（ａ））、車両間相対速度Ｌ’１～Ｌ’４（図１２（ｂ））、及び加速度ａ１～ａ５（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Ｌ１～Ｌ４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ａ１～ａ５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Ｃ１が勾配進入により減速した後、後続車両Ｃ２との車間距離が詰まることに起因して先頭車両Ｃ１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Ｃ２～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１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Ｃ１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Ｃ１～Ｃ５で共有される。
　続いて、各車両Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５が決定された時点で、車両制御ＥＣＵ１０は、すべての車両Ｃ１～Ｃ５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Ｋ１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Ｋ２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Ｃ１の運転者の意志により、先頭車両Ｃ１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Ｃ１の操作スイッチ２９ａに限られず、他の車両Ｃ２～Ｃ５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Ｃ１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Ｃ１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Ｃ１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Ｃ１の周囲の状況によっては、先頭車両Ｃ１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Ｃ１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Ｃ１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Ｃ１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Ｃ１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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 但し、先頭車両Ｃ１のＴＴＣ（Time to Collision；衝突予測時間）をＴＴＣ１で表すと、式（７）のεｕ１は、εｕ１＝ｆ（ＴＴＣ１）と表される。すなわち、εｕ１はＴＴＣ１の関数であり、εｕ１とＴＴＣ１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Ｃ１の加速度指令値ｕ１に関する項と、後続車両Ｃ２～Ｃ５
の加速度指令値ｕ２～ｕ５に関する項とには、それぞれ別の重みεｕ１，εｕ２５が設定されている。すなわち、評価関数Ｊに含まれる重みεｕ１，εｕ２５を配分することで、先頭車両Ｃ１の加速度指令値ｕ１に制御が介入する度合いと、後続車両Ｃ２～Ｃ５の加速度指令値ｕ２～ｕ５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、εｕ１は、ＴＴＣ１の関数であるので、先頭車両Ｃ１の加速度指令値ｕ１に制御が介入する度合いは、先頭車両Ｃ１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Ｃ１のＴＴＣが大きい（衝突のリスクが低い）ほど、εｕ１が大きくなっており、先頭車両Ｃ１の加速度指令値ｕ１への制御の介入の度合いが大きくなる。そして、先頭車両Ｃ１のＴＴＣが小さい（衝突のリスクが高い）ほど、εｕ１が小さくなっており、先頭車両Ｃ１の加速度指令値ｕ１への制御の介入の度合いが小さくなる。更に、頭車両Ｃ１のＴＴＣが所定値以下の範囲では、εｕ１はゼロであり、先頭車両Ｃ１の加速度指令値ｕ１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Ｃ１のＴＴＣは、例えば、先頭車両Ｃ１から前方障害物までの距離を、先頭車両Ｃ１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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１の車両制御ＥＣＵ１０が、当該先頭車両Ｃ１におけるＴＴＣを算出し、車車間通信で後続車両Ｃ２～Ｃ５に先頭車両ＴＴＣ情報として配信する（Ｓ４０１）。ここでは、先頭車両Ｃ１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Ｃ１の車速情報と、に基づいてＴＴＣを算出する。先頭車両Ｃ１によるＴＴＣ情報の算出及び後続車両Ｃ２～Ｃ５への配信により、先頭車両ＴＴＣ情報は、すべての車両Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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ａ１～ａ５、車間誤差Ｌ１～Ｌ４、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εｕ１を決定する（Ｓ４０７）。そして、決定されたεｕ１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Ｋ４を算出する（Ｓ４０９）。そして、前述の式（６）において、先頭車両Ｃ１の目標加速度指令値ｕ０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Ｋ４用いて、加速度指令値ｕ０及び状態ベクトルｘに基づいて加速度指令値ベクトルｕｃが算出され、フィードバック制御指令値ｕ１～ｕ５が求められる（Ｓ４１３）。
　その後、車両Ｃ１～Ｃ５の車両制御ＥＣＵ１０は、算出された加速度指令値ｕ１～ｕ５のうち、自車両の加速度指令値ｕｎ（例えば、自車両が車両Ｃ３であれば加速度指令値ｕ３、自車両が車両Ｃ４であれば加速度指令値ｕ４）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ｕｎ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ｕｎ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Ｃ１への介入量が、先頭車両Ｃ１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εｕ１との関係によれば、先頭車両Ｃ１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、εｕ１がゼロ又は十分に小さい値であり、先頭車両Ｃ１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Ｃ１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Ｃ１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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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εｕ，εＬ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Ｃ１～Ｃ５の加速度指令値ｕ１～ｕ５に関する項と、車間誤差Ｌ１～Ｌ４に関する項には、それぞれ重みεｕ，εＬが設定されており、この重みεｕ，εＬ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εｕ，εＬ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εｕは大きくεＬは小さく、車速Ｖが大きいほどεｕは小さくεＬは大きくなるようにする。このような重みεｕ，εＬ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εｕ，εＬ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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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ａ１～ａ５、車間誤差Ｌ１～Ｌ４、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、εｕ及びεＬを決定する（Ｓ５０７）。そして、決定されたεｕ，εＬ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Ｋ５を算出する（Ｓ５０９）。そして、前述の式（５）において、先頭車両Ｃ１の目標加速度指令値ｕ０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Ｋ５用いて、加速度指令値ｕ０及び状態ベクトルｘに基づいて加速度指令値ベクトルｕｃが算出され、フィードバック制御指令値ｕ１～ｕ５が求められる（Ｓ５１３）。
　その後、車両Ｃ１～Ｃ５の車両制御ＥＣＵ１０は、算出された加速度指令値ｕ１～ｕ５のうち、自車両の加速度指令値ｕｎ（例えば、自車両が車両Ｃ３であれば加速度指令値ｕ３、自車両が車両Ｃ４であれば加速度指令値ｕ４）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ｕｎ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ｕｎ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Ｃ１～Ｃ５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Ｌ１～Ｌ４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Ｃ１～Ｃ５が低速で走行しているときには、車間誤差Ｌ１～Ｌ４が多少増加しても、車両Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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ｕ２～ｕ５（又は加速度指令値ｕ１～ｕ５）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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５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Ｃ１～Ｃ５の加速度指令値ｕ１～ｕ５が含まれているが、評価関数Ｊには、加速度指令値ｕ１～ｕ５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Ｃ１～Ｃ５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ｕｎ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Ｃ３がＶＩＰ車両である場合、式（６）の右辺から車両Ｃ３の加速度指令値に関するｕ３ ２を取り除くことにより、車両Ｃ３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Ｃ３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Ｃ１～Ｃ５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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