WO2010084569A1 - 隊列走行制御システム及び車両 - Google Patents

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充央 志田
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トヨタ自動車株式会社
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    • B60W2556/45—External transmission of data to or from the vehicle
    • B60W2556/65—Data transmitted between vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a platooning control system that controls the relative relationship between vehicles so that a plurality of vehicles travel in tandem, 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. According to this method, it is considered that the error in the inter-vehicle distance does not propagate to the rear vehicle.
  • an object of the present invention is to provide a platooning control system and a vehicle capable of realizing platooning at a safe inter-vehicle distance.
  • the row running control system of the present invention is a row running control system for controlling the relative positional relationship between the vehicles so that a plurality of vehicles run in a row, and the vehicle running between the vehicles that are consecutive in the row
  • Each target value of distance is determined based on an inter-vehicle error propagation ratio that is a propagation ratio of an inter-vehicle distance error that propagates to a vehicle behind the platoon during travel.
  • Inter-vehicle error in actual platooning may be propagated behind the platoon due to various factors.
  • each target value of the inter-vehicle distance is determined based on the inter-vehicle error propagation ratio, so the inter-vehicle distance target value is determined in consideration of the inter-vehicle error propagation state, and the inter-vehicle error propagation state is determined.
  • the platooning can be realized at a safe inter-vehicle distance corresponding to.
  • the target inter-vehicle distance between the nth vehicle and the (n + 1) th vehicle from the front of the platoon is L n_tgt and the maximum value of the inter-vehicle error propagation ratio is S max .
  • the platooning is realized such that the distance between the vehicles in the platoon increases exponentially as going backward. Therefore, even when the error in the inter-vehicle distance is exponentially amplified toward the rear of the platoon, a safety margin in the rear vehicle can be ensured. That is, the safety margin can be made uniform in the entire vehicle in the formation.
  • the acceleration command value of the first vehicle in the platoon may be determined based on the frequency characteristic of the inter-vehicle error propagation ratio.
  • the inter-vehicle error propagation ratio of the platooning has a frequency characteristic that depends on the acceleration frequency of the leading vehicle. Since the acceleration command value of the leading vehicle is determined in consideration of such frequency characteristics, acceleration of the leading vehicle that increases the inter-vehicle error propagation ratio can be suppressed, and the inter-vehicle error increases as it goes to the rear of the formation. A phenomenon such as amplification can be suppressed.
  • the vehicle of the present invention is characterized by including any one of the row running control systems described above. Since this vehicle includes any one of the row running control systems described above, row running performed at a safe inter-vehicle distance can be realized. In this case, the vehicle of the present invention can also be a component vehicle of the platoon.
  • row running can be realized at a safe inter-vehicle distance.
  • FIG. 1 is a block diagram showing first and second 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 graph showing an example of the relationship between the acceleration frequency of the vehicle and the inter-vehicle error propagation ratio.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of the inter-vehicle error transient characteristic of the convoy vehicle-to-vehicle error to the following vehicle.
  • FIG. 5 is a flowchart showing processing by the platooning control system.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a frequency cutoff filter provided in the row running control system of the second embodiment.
  • 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.
  • n-th counted from the beginning of the row (n 1,2, ..., 5 ) "a n acceleration of the vehicle C n of ,
  • the speed of the vehicle C n is represented by “V n ”
  • the acceleration command value of the vehicle C n is represented by “u n ”.
  • it represents the target inter-vehicle distance between the vehicle C n and the vehicle C n + 1 at "L N_tgt” represents the inter-vehicle error between the vehicle C n and the vehicle C n + 1 at "L n”.
  • the inter-vehicle error means an error between the target inter-vehicle distance L n_tgt and the actual 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.
  • 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 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 leading vehicle C 1 is operated manually by a driver, row running control system 1 so as to follow the lead vehicle C 1 by the driver manually operating, the four succeeding vehicles C 2 ⁇ C 5
  • the driving state shall be controlled.
  • the inter-vehicle errors L 1 to L 4 are sequentially propagated to the rear of the platoon due to factors such as vehicle-to-vehicle communication dead time, sensing delay, and vehicle response delay. It is considered that error propagation occurs.
  • the propagation ratio of the inter-vehicle error that sequentially propagates to the rear inter-vehicle distance that is, the ratio L n + 1 / L n of the inter-vehicle error L n + 1 and the inter-vehicle error L n is defined as an inter-vehicle error propagation ratio (string stability) S.
  • the inter-vehicle error propagation ratio S depends on the acceleration frequency of the vehicle. For example, there is a relationship as shown in FIG. 3 between the inter-vehicle error propagation ratio S and the acceleration frequency of the vehicle.
  • the inter-vehicle error propagation ratio S is maximum when the acceleration frequency of the vehicle is around 6.10 ⁇ 2 Hz, and the maximum value S max of the inter-vehicle error propagation ratio exceeds 1, It turns out that it is about 1.2. If the inter-vehicle error propagation ratio S is the first car C 1 at frequencies exceeding 1 makes a deceleration, as shown in FIG. 4, the inter-vehicle error toward the rear of the row increases by amplified exponentially End up.
  • the target inter-vehicle distances L 1 — tgt to L m — tgt in the platoon traveling control are determined based on the following equation (1).
  • the row running control system 1 of the following vehicles C 2 to C 5 independently controls acceleration / deceleration of the own vehicle.
  • the value of the target inter-vehicle distance L 1 — tgt may be automatically obtained according to various conditions of the platooning , and may be determined by manual input of any driver of the vehicles C 1 to C 5 , for example.
  • the processing S101 for determining the target inter-vehicle distance L j-1_tgt is not necessarily performed every time, and the order of the own vehicle C j in the platoon (how many vehicles in the platoon are determined) is determined. It may be performed only once at the time.
  • the vehicle control ECU 10 acquires the actual inter-vehicle distance between the host vehicle C j and the preceding vehicle C j-1 as feedback from the front inter-vehicle distance sensor 21a. Then, a difference between the actual inter-vehicle distance and the target inter-vehicle distance L j ⁇ 1_tgt is calculated to obtain an inter-vehicle error L j ⁇ 1 ahead of the host vehicle C j (S103). Further, the vehicle control ECU 10 obtains the actual acceleration a j-1 of the vehicle C j-1 ahead by vehicle-to-vehicle communication through the wireless antenna 26a (S105).
  • the process of transmitting the actual acceleration a j of the host vehicle C j obtained by the acceleration sensor 24a to the rear vehicle C j + 1 is also performed. Then, the actual acceleration a j-1 obtained by the feedforward (S107), obtaining the acceleration command value u j of the vehicle C j by PD control using the inter-vehicle error L j-1 of the (S109).
  • the vehicle control ECU 10 transmits the calculated acceleration command value u j to the engine control ECU 31 and the brake control ECU 32 (S111). Then, the engine control ECU 31 operates the throttle actuator 31a based on the received acceleration command value u j , and the brake control ECU 32 operates the brake actuator 32a based on the received acceleration command value u j (S113).
  • the processes of S101 to S113 of FIG. 5 as described above are repeated during the platooning in each of the subsequent vehicles C 2 to C 5 . By such processing, acceleration / deceleration of the four following vehicles C 2 to C 5 is controlled in correspondence with the leading vehicle C 1 , and a convoy travel is achieved in which the inter-vehicle distance increases exponentially as going backward. Is done.
  • the inter-vehicle error propagation ratio S depends on the acceleration frequency of the vehicle, and there is an acceleration frequency of the vehicle such that the inter-vehicle error propagation ratio S is S> 1. For example, in the example of FIG. 3, this corresponds to a frequency near 6 ⁇ 10 ⁇ 2 Hz.
  • the vehicle acceleration frequency in which the inter-vehicle error propagation ratio S is S> 1 is hereinafter referred to as “inappropriate frequency”.
  • the head when the vehicle C 1 is accelerated or decelerated at the wrong frequency inter-vehicle error toward the rear of the convoy is exponentially increased, safety is not preferable.
  • the row running control system 201 of the present embodiment in addition to the control of the row running control system 1, when the vehicle becomes the top car C 1 is deceleration of the own vehicle is incorrect frequency It is controlled not to do. That is, when the vehicle becomes the leading vehicle C 1 employs a frequency cut-off filter so as to suppress the self acceleration of the vehicle C 1 lowers the gain in improper frequency.
  • an acceleration command value u 1 generated based on a driver's pedal operation is converted into an acceleration command value u 1_filter through a frequency cut-off filter 51, and this acceleration command value u 1_filter is transmitted to the engine control ECU 31 and the brake control ECU 32 .
  • the engine control ECU 31 operates the throttle actuator 31a based on the received acceleration command value u 1_filter
  • the brake control ECU 32 operates the brake actuator 32a based on the received acceleration command value u 1_filter .
  • the vehicle C 1 will be accelerated by the filter is applied acceleration a 1_filter.
  • the frequency cut-off filter 51 the vehicle C 1 is no longer the acceleration and deceleration at the incorrect frequency. Therefore, it is possible to avoid an increase in the inter-vehicle error as it goes to the rear of the formation, and it is possible to secure safety.
  • Such a frequency cut-off filter 51 actually exists as a part of an arithmetic expression used in the convoy travel control program, and the convoy travel control program is executed by the vehicle control ECU 10 so that the frequency cut-off filter 51 The function of the off filter 51 is realized.
  • An arithmetic expression corresponding to the frequency cut-off filter 51 is determined in advance by the designer of the convoy travel control system 201 based on the frequency characteristic of the inter-vehicle error propagation ratio S, and is stored in advance in the information storage unit 10a of the vehicle control ECU 10. .
  • a first-order lag filter whose transfer function is represented by 1 / (1 + Ts) is preferable as shown in FIG.
  • the front vehicle C n ⁇ 1 and the host vehicle C C are fed forward with the acceleration command value u n ⁇ 1 of the front vehicle C n ⁇ 1 exchanged by inter-vehicle communication.
  • the leading vehicle C 1 needs to transmit the acceleration command value for feedforward of the following vehicles C 2 to C 5 by inter-vehicle communication, but the leading vehicle transmits to the following vehicles C 2 to C 5 .
  • the acceleration command value is an acceleration command value u 1_filter after conversion by the frequency cut-off filter 51.
  • the leading vehicle C 1 may perform filtering on the acceleration command value transmitted to the following vehicles C 2 to C 5 through inter-vehicle communication. Even with such filtering, it is possible to avoid a vehicle-to-vehicle error from being amplified toward the rear of the platoon, and similarly to ensure safety.
  • the acceleration command value transmitted to the engine control ECU 31 and the brake control ECU 32 may be an unfiltered acceleration command value u 1 , and the filtered acceleration command value u 1_filter. It may be.
  • the present invention is not limited to the first and second embodiments described above.
  • the leading vehicle C 1 is manually driven by the driver, and the traveling states of the following vehicles C 2 to C 5 are controlled by the platoon traveling control system.
  • the present invention includes the leading vehicle C 1 .
  • the present invention can also be applied to a convoy travel control system that controls all vehicles in the convoy.
  • the following vehicles C 2 ⁇ C 5 the inter-vehicle distance the actual acceleration a n-1 ahead of the vehicle C n-1 as a feed-forward, the front of the vehicle C n-1 and the vehicle C n
  • the present invention is also applicable to a row running control system in which row running is realized by other types of control.
  • the target inter-vehicle distance L 1 — tgt to L m — tgt is determined in a convoy travel control system that optimally controls (LQ control) acceleration / deceleration of all vehicles in the convoy based on state quantities including inter-vehicle errors L 1 to L m.
  • the present invention can be applied.
  • the case where the platooning is performed with the five vehicles C 1 to C 5 has been described as an example.
  • the number of vehicles is not limited to five, and an arbitrary number It is clear that platooning by vehicle can be realized.
  • 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 realizes row running at a safe inter-vehicle distance.

Abstract

　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車両間の相対関係を制御する隊列走行制御システムである。このシステムでは、隊列において前後に連続した車両の間のそれぞれの相対関係の目標値は、隊列の走行中において後方の車両に伝播する前記相対関係の誤差の伝播比である相対関係誤差伝播比に基づいて決定される。

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、車両間の相対関係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、車間距離の誤差が後方の車両へ伝播しないと考えられる。
特開平１０－１６２２８２号公報
　この制御システムのように、理論上は車間距離の誤差の伝播が発生しない制御方法も従来から提案されているが、現実に隊列走行を行う場合には、車車間通信の無駄時間、センシングの遅れ、車両の応答遅れといった要因により、誤差の伝播の発生は避け難い。この種のシステムによって現実に複数の車両を隊列走行させる場合、誤差の伝播により後ろの車両ほど安全余裕が下がったり、動きの円滑性が損なわれたりなど、机上では発見出来なかった問題が発生する場合もあるので、隊列走行において、特に後ろの車両ほど、車両間の安全な車間距離を確保しながら隊列走行することが求められる。
　そこで、本発明は、安全な車間距離で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前記車両間の相対位置関係を制御する隊列走行制御システムであって、隊列において前後に連続した車両の間の車間距離の各目標値は、前記隊列の走行中において後方の車両に伝播する車間距離の誤差の伝播比である車間誤差伝播比に基づいて決定されることを特徴とする。
　現実の隊列走行における車間誤差は、種々の要因によって隊列の後方に伝播されていく場合がある。上記隊列走行制御システムによれば、車間距離の各目標値が車間誤差伝播比に基づいて決定されるので、車間誤差の伝播状態が考慮された車間距離目標値が決定され、車間誤差の伝播状態に対応した安全な車間距離で隊列走行を実現することができる。
　またこの場合、前記隊列の前からｎ番目の車両とｎ＋１番目の車両との間の目標車間距離をＬｎ＿ｔｇｔとし、前記車間誤差伝播比の最大値をＳｍａｘとしたとき、
　決定される前記目標車間距離Ｌｎ＿ｔｇｔは、
　Ｌｎ＿ｔｇｔ＝Ｓｍａｘ ｎ－１・Ｌ１＿ｔｇｔ
で表されることとしてもよい。
　この構成によれば、隊列の車両間の車間距離が、後方に行くほど指数関数的に大きくなるような隊列走行が実現される。従って、車間距離の誤差が、隊列後方に行くほど指数関数的に増幅される場合でも、後方の車両における安全余裕を確保することができる。すなわち、隊列の車両全体において安全余裕を均一化することができる。
　また、前記隊列における先頭の車両の加速度指令値は、前記車間誤差伝播比の周波数特性に基づいて決定されることとしてもよい。隊列走行の車間誤差伝播比は、先頭車両の加速度周波数に依存する周波数特性がある。このような周波数特性を考慮して先頭車両の加速度指令値が決定されるので、車間誤差伝播比を大きくするような先頭車両の加速を抑制することができ、隊列の後方に行くほど車間誤差が増幅するといった現象を抑えることができる。
　また、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、安全な車間距離で行われる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、安全な車間距離で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及び第２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、車両の加速度周波数と車間誤差伝播比との関係の一例を示すグラフである。 図４は、隊列の車間誤差の後続車両への車間誤差過渡特性の一例を示すグラフである。 図５は、隊列走行制御システムによる処理を示すフローチャートである。 図６は、第２実施形態の隊列走行制御システムが備える周波数カットオフフィルタを示す図である。
符号の説明
　１，２０１…隊列走行制御システム、５１…周波数カットオフフィルタ、Ｃ１～Ｃ５…車両、Ｃ１…先頭車両、Ｃ２～Ｃ５…後続車両、Ｌ１＿ｔｇｔ～Ｌ５＿ｔｇｔ…目標車間距離。
　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、必要な場合には、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との目標車間距離を「Ｌｎ＿ｔｇｔ」で表し、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Ｌｎ＿ｔｇｔと現実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。
　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。
　ここでは、先頭車両Ｃ１は運転者により手動で運転され、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ものとする。また、４台の後続車両Ｃ２～Ｃ５においては、車車間通信で交換される前方の車両Ｃｎ－１の実加速度ａｎ－１をフィードフォワードとして、前方の車両Ｃｎ－１と自車両Ｃｎとの車間距離をＰＤ制御によりフィードバックするタイプの制御が行われるものとする。
　このような制御方法によって現実の隊列走行を行う場合、車車間通信の無駄時間、センシングの遅れ、車両の応答遅れといった要因により、車間誤差Ｌ１～Ｌ４が、隊列の後方に順次伝播していく誤差伝播が発生すると考えられる。そして、後方の車間距離に順次伝播する車間誤差の伝播比、すななち、車間誤差Ｌｎ＋１と車間誤差Ｌｎとの比Ｌｎ＋１／Ｌｎを車間誤差伝播比（ストリングスタビリティ）Ｓとすると、車間誤差伝播比Ｓは車両の加速度周波数に依存する。例えば、車間誤差伝播比Ｓと車両の加速度周波数との間には、図３に示すような関係がある。
　この図３の例の場合、車間誤差伝播比Ｓは、車両の加速度周波数が６・１０－２Ｈｚ付近になったときに最大となり、車間誤差伝播比の最大値Ｓｍａｘは１を超えて、約１．２であることが判る。車間誤差伝播比Ｓが１を超えるような周波数で先頭車Ｃ１が加減速を行った場合、図４に示されるように、隊列の後方に行くほど車間誤差が増幅され指数関数的に大きくなってしまう。
　このように、現実に複数の車両を隊列走行させる場合、誤差の伝播により後ろの車両ほど安全余裕が下がったり、動きの円滑性が損なわれたりなど、机上では発見出来なかった問題が発生する場合もあるので、隊列走行においては、後ろの車両ほど車両間の安全な車間距離を確保しながら隊列走行することが求められる。そこで、隊列走行制御システム１では、隊列の後方に行くほど車間距離が大きくなるように隊列制御が行われる。具体的には、隊列の構成車両を車両Ｃ１～Ｃｍ＋１とすれば、隊列走行制御における目標車間距離Ｌ１＿ｔｇｔ～Ｌｍ＿ｔｇｔが、下式（１）に基づいて決定される。
　Ｌｍ＿ｔｇｔ＝Ｓｍａｘ・Ｌｍ－１＿ｔｇｔ＝Ｓｍａｘ ２・Ｌｍ－２＿ｔｇｔ＝　…　＝Ｓｍａｘ ｍ－１・Ｌ１＿ｔｇｔ　…（１）
　この式（１）で理解されるように、Ｓｍａｘを１以上の値とすれば、隊列の後方に行くほど指数関数的に目標車間距離が大きくなる。従って、隊列の後方に行くほど車間誤差が指数関数的に増幅されるとしても、同じように車間距離も指数関数的に大きくなるので、後方の車両においても、前方の車両と同様の安全余裕が確保される。すなわち、隊列の各車両Ｃ１～Ｃｍ＋１における安全余裕が均一化される。従って隊列走行制御システム１によれば、隊列全体において安全な車間距離で隊列走行を実現することができる。
　このような隊列走行の実現のために、後続車両Ｃ２～Ｃ５の隊列走行制御システム１は、各々独立して、自車の加減速を制御する。以下、５台の車両Ｃ１～Ｃ５の隊列のｊ台目の車両Ｃｊ（ｊ＝２，３，４，５）において、隊列走行制御システム１が行う処理の詳細について、図のフローチャートを参照しながら説明する。
　まず、隊列走行制御システム１の車両制御ＥＣＵ１０は、上式（１）が適用された
　Ｌ４＿ｔｇｔ＝Ｓｍａｘ・Ｌ３＿ｔｇｔ＝Ｓｍａｘ ２・Ｌ２＿ｔｇｔ＝Ｓｍａｘ ３・Ｌ１＿ｔｇｔ
といった演算を行い、自車両Ｃｊの前方の目標車間距離Ｌｊ－１＿ｔｇｔを決定する（Ｓ１０１）。車間誤差伝播比の最大値Ｓｍａｘの値は、車車間通信の無駄時間、センシングの遅れ、車両の応答遅れといった要因を考慮した上で、隊列走行制御システム１の設計者により予め決定され、車両制御ＥＣＵ１０の情報記憶部１０ａに予め記憶されている。例えば、一般的な車車間通信の無駄時間、センシングの遅れ、車両の応答遅れといった要因を考慮すれば、Ｓｍａｘ＝１．２程度の数値が想定される。また、目標車間距離Ｌ１＿ｔｇｔの値は、隊列走行の諸条件に応じて自動的に求められてもよく、例えば車両Ｃ１～Ｃ５の何れかの運転者の手動入力により決定されてもよい。なお、このような目標車間距離Ｌｊ－１＿ｔｇｔを決定する処理Ｓ１０１は、必ずしも毎回行う必要はなく、隊列内における自車両Ｃｊの序列（自車両が隊列の何台目であるか）が決定された時点で１回だけ行うこととしてもよい。
　次に、車両制御ＥＣＵ１０は、自車両Ｃｊと前方の車両Ｃｊ－１との間の実際の車間距離をフィードバックとして前方車間距離センサ２１ａから取得する。そして、実際の車間距離と目標車間距離Ｌｊ－１＿ｔｇｔとの差を算出して自車両Ｃｊの前方の車間誤差Ｌｊ－１が得られる（Ｓ１０３）。また、車両制御ＥＣＵ１０は、無線アンテナ２６ａを通じた車車間通信により、前方の車両Ｃｊ－１の実加速度ａｊ－１を得る（Ｓ１０５）。なお、このとき、加速度センサ２４ａで得られた自車両Ｃｊの実加速度ａｊを後方の車両Ｃｊ＋１に送信する処理も併せて行う。そして、得られた実加速度ａｊ－１をフィードフォワードとし（Ｓ１０７）、上記の車間誤差Ｌｊ－１を用いたＰＤ制御により自車両Ｃｊの加速度指令値ｕｊを得る（Ｓ１０９）。
　その後、車両制御ＥＣＵ１０は、算出された加速度指令値ｕｊをエンジン制御ＥＣＵ３１及びブレーキ制御ＥＣＵ３２に送信する（Ｓ１１１）。そして、エンジン制御ＥＣＵ３１は受信した加速度指令値ｕｊ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ｕｊに基づいてブレーキアクチュエータ３２ａを操作する（Ｓ１１３）。以上のような図５のＳ１０１～Ｓ１１３の処理が各後続車両Ｃ２～Ｃ５において隊列走行中に繰り返される。そして、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、後方に行くほど車間距離が指数関数的に大きくなる隊列走行が達成される。
（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。
　前述のように、この種の隊列走行においては、車間誤差伝播比Ｓは車両の加速度周波数に依存しており、車間誤差伝播比ＳをＳ＞１とするような車両の加速度周波数が存在する。例えば、図３の例では、６・１０－２Ｈｚ付近の周波数がこれに該当する。このように車間誤差伝播比ＳをＳ＞１とするような車両の加速度周波数を、以下「不適切周波数」という。前述の通り、先頭車両Ｃ１が不適切周波数で加減速すると、隊列の後方に行くほど車間誤差が指数関数的に大きくなり、安全上好ましくない。
　そこで、本実施形態の隊列走行制御システム２０１では、上記隊列走行制御システム１の制御に加えて更に、自車両が先頭車Ｃ１となった場合には、自車両が不適切周波数での加減速をしないように制御される。すなわち、自車両が先頭車両Ｃ１になった場合には、不適切周波数においてゲインを下げ自車両Ｃ１の加速度を抑えるような周波数カットオフフィルタを採用する。具体的には、図６に示すように、例えば運転者のベダル操作に基づいて発生した加速度指令値ｕ１は、周波数カットオフフィルタ５１を通して加速度指令値ｕ１_ｆｉｌｔｅｒに変換され、この加速度指令値ｕ１_ｆｉｌｔｅｒがエンジン制御ＥＣＵ３１及びブレーキ制御ＥＣＵ３２に送信される。
　そして、エンジン制御ＥＣＵ３１は受信した加速度指令値ｕ１_ｆｉｌｔｅｒ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ｕ１_ｆｉｌｔｅｒに基づいてブレーキアクチュエータ３２ａを操作する。その結果、自車両Ｃ１は、フィルタが施された加速度ａ１_ｆｉｌｔｅｒで加速することになる。このように、周波数カットオフフィルタ５１を介することにより、自車両Ｃ１が不適切周波数での加減速をしなくなる。従って、隊列の後方に行くほど車間誤差が増幅するといったことが避けられ、より安全性を確保することが可能となる。
　このような周波数カットオフフィルタ５１は、実際には、隊列走行制御プログラム中で用いられる演算式の一部として存在しており、隊列走行制御プログラムが車両制御ＥＣＵ１０で実行されることで、周波数カットオフフィルタ５１の機能が実現される。周波数カットオフフィルタ５１に対応する演算式は、車間誤差伝播比Ｓの周波数特性に基づいて隊列走行制御システム２０１の設計者により予め決定され、車両制御ＥＣＵ１０の情報記憶部１０ａに予め記憶されている。なお、不適切周波数においてゲインを下げるような周波数カットオフフィルタ５１としては、図６にも示されるように、伝達関数が１／（１＋Ｔｓ）で示される一次遅れフィルタが好適である。
　続いて、後続車両Ｃ２～Ｃ５において、車車間通信で交換される前方の車両Ｃｎ－１の加速度指令値ｕｎ－１をフィードフォワードとして、前方の車両Ｃｎ－１と自車両Ｃｎとの車間距離をＰＤ制御によりフィードバックするタイプの制御が行われる場合について考える。この場合、先頭車両Ｃ１は、後続車両Ｃ２～Ｃ５のフィードフォワードのための加速度指令値を車車間通信で送信する必要があるが、先頭車が後続車両Ｃ２～Ｃ５に送信する加速度指令値は、周波数カットオフフィルタ５１による変換後の加速度指令値ｕ１_ｆｉｌｔｅｒとされる。
　このように、先頭車両Ｃ１は、車車間通信で後続車両Ｃ２～Ｃ５に送信する加速度指令値に対してフィルタリングを行うこととしてもよい。このようなフィルタリングによっても、隊列の後方に行くほど車間誤差が増幅するといったことが避けられ、同様に安全性を確保することが可能となる。なお、この場合の先頭車両Ｃ１において、エンジン制御ＥＣＵ３１及びブレーキ制御ＥＣＵ３２に送信される加速度指令値は、フィルタリングされていない加速度指令値ｕ１であってもよく、フィルタリング後の加速度指令値ｕ１_ｆｉｌｔｅｒであってもよい。
　なお、本発明は上述した第１及び第２実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では、先頭車両Ｃ１が運転者により手動で運転され、後続車両Ｃ２～Ｃ５の走行状態が隊列走行制御システムで制御されるが、本発明は、先頭車両Ｃ１を含めて隊列の車両全部を制御するタイプの隊列走行制御システムにも適用可能である。また、実施形態では、後続車両Ｃ２～Ｃ５において、前方の車両Ｃｎ－１の実加速度ａｎ－１をフィードフォワードとして、前方の車両Ｃｎ－１と自車両Ｃｎとの車間距離をＰＤ制御によりフィードバックするタイプの制御が行われるが、本発明は、他のタイプの制御で隊列走行が実現される隊列走行制御システムにも適用が可能である。例えば、車間誤差Ｌ１～Ｌｍ等を含む状態量に基づいて隊列の車両全部の加減速を最適制御（ＬＱ制御）するタイプの隊列走行制御システムにおいて、目標車間距離Ｌ１＿ｔｇｔ～Ｌｍ＿ｔｇｔを決定する際にも、本発明を適用することができる。
　また、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、当該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、安全な車間距離での隊列走行を実現するものである。

Claims (4)

  1. 　複数の車両が隊列を組んで走行するように前記車両間の相対位置関係を制御する隊列走行制御システムであって、
    　隊列において前後に連続した車両の間の車間距離の各目標値は、
    　前記隊列の走行中において後方の車両に伝播する車間距離の誤差の伝播比である車間誤差伝播比に基づいて決定されることを特徴とする隊列走行制御システム。
  2. 　前記隊列の前からｎ番目の車両とｎ＋１番目の車両との間の目標車間距離をＬｎ＿ｔｇｔとし、前記車間誤差伝播比の最大値をＳｍａｘとしたとき、
    　決定される前記目標車間距離Ｌｎ＿ｔｇｔは、
    　Ｌｎ＿ｔｇｔ＝Ｓｍａｘ ｎ－１・Ｌ１＿ｔｇｔ
    で表され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. 　前記隊列における先頭の車両の加速度指令値は、
    　前記車間誤差伝播比の周波数特性に基づいて決定される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. 　請求項１～４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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