JP3690185B2 - 先行車追従制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、先行車を認識して一定の車間距離を保ちつつ追従走行する先行車追従制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、先行車追従制御装置としては、例えば特開平７−６９０９４号公報に記載されているものが知られている。
この従来例には、先行車の速度と車間距離偏差に制御ゲインを乗じて補正速度を求め、その補正速度に基づいて目標車速を設定すると共に、車間距離偏差に乗じる制御ゲインを調整することによって追従の応答特性を任意に設定するようにした先行車追従制御装置が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例にあっては、制御ゲインを調整することによって追従制御の応答特性を任意に設定できるものであるが、応答特性が車間距離偏差のみに依存しているため、例えば速い応答特性に設定した場合に、先行車との間に相対速度差が無い車両に割り込まれると車間距離を広げようとして減速、場合によって急減速することが有り、乗員に違和感を与えるという問題がある。
【０００４】
これを解決するために、本出願人は、先に特願平９−３２１４０２号として、車間距離Ｌと制御ゲインを求めるための固有振動数ω_n との関係を相対速度をパラメータとして設定することにより、先行車との相対速度に応じて追従制御の応答性を決定するようにした先行車追従制御装置を提案している。
しかしながら、この先願発明では、先行車に追従走行している状態で、相対速度が同じでほぼ同等の車間距離に割込まれた場合は、車速にかかわらず制御ゲインに変化を生じないので、目標車間距離を維持するために、高速領域でも低速領域でも同一の減速制御を行うことになり、運転者が高速領域及び低速領域の何れかで違和感を感じるという未解決の課題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記従来例の問題点及び先願発明の未解決の課題に着目してなされたものであり、制御ゲインを相対速度に応じて適正値に設定可能であり、さらに車速領域に応じて適正な制御ゲインを設定することができる先行車追従制御装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る先行車追従制御装置は、先行車との車間距離を検出する車間距離検出手段と、自車速を検出する自車速検出手段と、先行車との相対速度を検出する相対速度検出手段と、前記車間距離検出手段で検出した車間距離検出値を目標車間距離に一致させるために当該車間距離検出値、目標車間距離及び前記相対速度に基づいて目標車速を演算する車間距離制御手段と、前記自車速検出手段で検出した自車速検出値を前記目標車速に一致させるための目標駆動力を演算し、該目標駆動力に基づいて車両の制駆動力を制御する車速制御手段と、前記車間距離制御手段における前記目標車速を演算するための制御ゲインを少なくとも車速サーボ系の伝達特性及び追従制御系の固有振動数に基づき設定すると共に、該固有振動数を前記相対速度検出手段で検出した相対速度に応じて算出するゲイン設定手段とを備えていることを特徴としている。
【０００７】
この請求項１に係る発明においては、車間距離制御手段で、先行車との車間距離を目標車間距離に一致させる目標車速を演算し、車速制御手段で、目標車速と自車速検出値とを一致させるように駆動力・制動力を制御して目標車間距離を維持する追従走行制御を行う。このとき、車間距離制御手段の目標車速を演算するための制御ゲインを少なくとも車速サーボ系の伝達特性及び追従制御系の固有振動数に基づき設定すると共に、該固有振動数を前記相対速度検出手段で検出した相対速度に応じて算出することにより、車間距離にかかわらず定常的な追従状態即ち相対速度が小さい領域では応答性を低下させ、過渡的な追従状態即ち相対速度が大きい領域では応答性を高めることが可能となる。
【０００８】
また、請求項２に係る先行車追従制御装置は、請求項１に係る発明において、前記車間距離制御手段は、目標車間距離から車間距離検出値を減算した車間距離偏差に車間制御ゲインｆｄを乗算した値と、相対速度に車速制御ゲインｆｖを乗算した値とを加算して算出する目標相対速度を先行車車速から減算して目標車速を算出するように構成され、前記ゲイン設定手段は、相対速度の絶対値が小さいときに小、大きいときに大となる基準固有振動数が設定され、該基準周波数に補正係数を乗じて前記追従制御系の固有振動数を算出し、少なくとも算出した固有振動数及び前記サーボ系の伝達特性に基づいて車間制御ゲインｆｄ及び速度制御ゲインｆｖを算出するように構成されていることを特徴としている。
この請求項２に係る発明においては、車間距離が目標車間距離と略等しく相対速度が小さい状態では、基準固有振動数が小さい値となり、車間距離と目標車間距離との偏差に乗じる車間制御ゲインｆｄを小さい値とすると共に、相対速度に乗じる車速制御ゲインｆｖを大きい値とすることができ、車間距離変化に対しては応答性を低下させ、速度変化に対しては応答性を向上させることができ、逆に先行車の急加減速によって相対速度の絶対値が大きくなる状態では、基準固有振動数が大きな値となって、車間制御ゲインｆｄを大きい値とすると共に、車速制御ゲインｆｖを僅かに低下させて、目標車間距離に一致させる応答性を向上させる。
【０００９】
さらに、請求項３に係る先行車追従制御装置は、請求項２に係る発明において、前記補正係数は自車速の増加に応じて小さい値となるように変更されることを特徴としている。
この請求項３に係る発明においては、補正係数が自車速の増加に応じて小さい値に変更されるので、車速の変化に応じた適正な制御ゲインの設定が可能となる。
【００１０】
さらにまた、請求項４に係る先行車追従制御装置は、請求項３に係る発明において、前記補正係数Ｋ (v) は、自車速が低い低速領域で“１”より大きな値となり、高速領域で“１”以下の値となるように設定されていることを特徴としている。
この請求項４に係る発明においては、市街地等の比較的低速走行領域では、補正係数を大きな値とすることにより、制御ゲインを大きくして応答性を高め、高速道路等の高速走行領域では、補正係数を小さな値とすることにより、制御ゲインを低下させて応答性を低下させる。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１に係る先行車追従制御装置によれば、車間距離制御手段における目標車速を演算するための制御ゲインを少なくとも車速サーボ系の伝達特性及び追従制御系の固有振動数に基づき設定すると共に、該固有振動数を前記相対速度検出手段で検出した相対速度に応じて算出するので、定常追従、割込、離脱等の状態を判断することなく、定常的な追従状態と過渡的な追従状態とで制御ゲインを適正に変更することが可能となり、運転者に違和感を与えることなく、最適な制御ゲイン設定を行うことができるという効果が得られる。
【００１２】
また、請求項２に係る先行車追従制御装置によれば、車間距離が目標車間距離と略等しく相対速度が小さい状態では、基準固有振動数が小さい値となり、車間距離偏差に乗じる車間制御ゲインｆｄを小さい値とすると共に、相対速度に乗じる車速制御ゲインｆｖを大きい値とすることができ、車間距離変化に対しては応答性を低下させ、速度変化に対しては応答性を向上させることができ、逆に先行車の急加減速によって相対速度の絶対値が大きくなる状態では、基準固有振動数が大きな値となって、車間制御ゲインｆｄを大きい値とすると共に、車速制御ゲインｆｖを僅かに低下させて、目標車間距離に一致させる応答性を向上させることができ、適正な制御ゲイン設定を行うことができ、運転者に違和感を与えることを確実に防止することができるという効果が得られる。
【００１３】
さらに、請求項３に係る先行車追従制御装置によれば、前記補正係数は自車速の増加に応じて小さい値に変更されるので、車速の変化に応じた適正な制御ゲインの設定が可能となるという効果が得られる。
さらにまた、請求項４に係る先行車追従制御装置によれば、市街地等の比較的低速走行領域では、補正係数を“１”より大きな値とすることにより、制御ゲインを大きくして応答性を高め、高速道路等の高速走行領域では、補正係数を“１”以下の値とすることにより、制御ゲインを低下させて応答性を低下させることができ、運転者に違和感を与えることなく、最適な追従制御を行うことができるという効果が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す概略構成図であって、図中、Ｃは車両であって、その前方端にレーザ光を掃射して先行車からの反射光を受光するレーダ方式の構成を有する車間距離センサ１が配設されている。なお、車間距離センサ１としては、レーザ光に限らず電波や超音波を利用して車間距離を計測するようにしてもよい。
【００１５】
また、エンジンＥで発生される回転駆動力が車速とエンジントルクに応じて変速ギヤ比が制御される自動変速機Ｔに伝達され、この自動変速機Ｔから後輪又は前輪の駆動輪に伝達され、各車輪にディスクブレーキ等の制動装置Ｂが設けられている。
そして、自動変速機Ｔの出力軸に車速センサ２が取付けられ、この車速センサ２から出力軸の回転速度に応じた周期のパルス列を出力する。また、エンジンＥにはスロットルバルブ開度信号に応じてスロットルバルブを開閉し、エンジンへの吸入空気量を変更してエンジン出力を調整するスロットルアクチュエータ３が配設されている。
【００１６】
また、スロットルアクチュエータ３、自動変速機Ｔ及び制動装置Ｂが追従制御用コントローラ５によって制御される。この追従制御用コントローラ５には、車間距離センサ１及び車速センサ２の各出力信号が入力され、この追従制御用コントローラ５によって、車間距離センサ１で検出した車間距離Ｌ、車輪速度センサ２で検出した自車速Ｖｓに基づいて、スロットルアクチュエータ３、自動変速機Ｔ及び制動装置Ｂを制御することにより、先行車両との間に適正な車間距離を維持しながら追従走行する追従走行制御を行う。
【００１７】
この追従制御用コントローラ２０は、マイクロコンピュータとその周辺機器を備え、マイクロコンピュータのソフトウェア形態により、図２に示す制御ブロックを構成している。
この制御ブロックは、車間距離センサ１でレーザー光を掃射してから先行車の反射光を受光するまでの時間を計測し、先行車との車間距離Ｌを演算する測距信号処理部２１と、車速センサ１３からの車速パルスの周期を計測し、自車速Ｖｓを演算する車速信号処理部３０と、測距信号処理部２１で演算された車間距離Ｌ及び車速信号処理部３０で演算した自車速Ｖｓに基づいて車間距離Ｌを目標車間距離Ｌ^* に維持する目標車速Ｖ^* を演算する車間距離制御手段としての車間距離制御部４０と、この車間距離制御部４０で演算した目標車速Ｖ^* 及び相対速度ΔＶに基づいてスロットルアクチュエータ３、自動変速機Ｔ及び制動装置Ｂを制御して、自車速を目標車速Ｖ^* に一致するように制御する車速制御手段としての車速制御部５０とを備えている。
【００１８】
車間距離制御部４０は、測距信号処理部２０から入力される車間距離Ｌに基づいて先行車との相対速度ΔＶを演算する相対速度演算部４１と、車速信号処理部３０から入力される自車速Ｖｓに基づいて先行車と自車との間の目標車間距離Ｌ^* を算出する目標車間距離設定部４２と、相対速度演算部４１で演算された相対速度ΔＶ及び目標車間距離設定部４２で算出された目標車間距離Ｌ^* に基づいて車間距離Ｌを目標車間距離Ｌ^* に一致させるための目標車速Ｖ^* を演算する車間距離制御演算部４３とを備えている。
【００１９】
ここで、相対速度演算部４１は、測距信号処理部２０から入力される車間距離Ｌを例えばバンドパスフィルタ処理するバンドパスフィルタで構成されている。このバンドパスフィルタは、その伝達関数が下記（１）式で表すことができ、分子にラプラス演算子ｓの微分項を有するので、実質的に車間距離Ｌを微分して相対速度ΔＶを近似的に演算することになる。
【００２０】
Ｆ(s) ＝ω_C ² ｓ／（ｓ² ＋２ζω_C ｓ＋ω_C ² ） …………（１）
但し、ω_C ＝２πｆ_C 、ｓはラプラス演算子である。
このように、バンドパスフィルタを使用することにより、車間距離Ｌの単位時間当たりの変化量から簡易的な微分演算を行って相対速度ΔＶを算出する場合のように、ノイズに弱く、追従制御中にふらつきが生じるなど、車両挙動に影響を与えやすいことを回避することができる。なお、（１）式におけるカットオフ周波数ｆ_C は、車間距離Ｌに含まれるノイズ成分の大きさと、短周期の車体前後の加速度変動の許容値とにより決定する。また、相対速度ΔＶの算出には、バンドパフィルタを使用する場合に代えて、車間距離Ｌにハイパスフィルタ処理を行うハイパスフィルタで微分処理を行うようにしてもよい。
【００２１】
また、目標車間距離設定部４２は、自車速Ｖｓに相対速度ΔＶを加算して算出した先行車車速Ｖｔ（＝Ｖｓ＋ΔＶ）と自車が現在の先行車の後方Ｌ₀ ［ｍ］の位置に到達するまでの時間Ｔ₀ （車間時間）とから下記（２）式に従って先行車と自車との間の目標車間距離Ｌ^* を算出する。
Ｌ^* ＝Ｖｔ×Ｔ₀ ＋Ｌ_S …………（２）
この車間時間という概念を取り入れることにより、車速が速くなるほど、車間距離が大きくなるように設定される。なお、Ｌ_S は停止時車間距離である。
【００２２】
さらに、車間距離制御演算部４３は、車間距離Ｌ、目標車間距離Ｌ^* 及び相対速度ΔＶに基づいて、車間距離Ｌをその目標値Ｌ^* に保ちながら追従走行するための目標車速Ｖ^* を演算する。具体的には、下記（３）式に示すように、目標車間距離Ｌ^* と実車間距離Ｌとの偏差（Ｌ^* −Ｌ）に距離制御ゲインｆｄを乗じた値と、相対速度ΔＶに速度制御ゲインｆｖを乗じた値との線形結合を含む構成によって目標相対速度ΔＶ^* を求め、さらに下記（４）式に示すように先行車速度Ｖｔ（＝Ｖｓ＋ΔＶ）から目標相対速度ΔＶ^* を減じて目標車速Ｖ^* を算出する。
【００２３】
ΔＶ^* ＝ｆｄ（Ｌ^* −Ｌ）＋ｆｖ・ΔＶ …………（３）
Ｖ^* ＝Ｖｔ−ΔＶ^* …………（４）
ここで、距離制御ゲインｆｄ及び速度制御ゲインｆｖは下記のようにして設定される。
上記車間距離制御系は、図３に示すように、車間距離と相対速度の２つの目標値を１つの入力（目標車速）で制御する１入力２出力系であることから、状態フィードバック（レギュレータ）を用いて制御系を設計する。
【００２４】
このとき、システムの状態変数ｘ１及びｘ２を下記（５）式及び（６）式で定義する。
ｘ１＝Ｖｔ−Ｖｓ …………（５）
ｘ２＝Ｌ^* −Ｌ …………（６）
また、制御入力即ち追従制御用コントローラ５の出力をΔＶ^* とし、下記（７）式で定義する。
【００２５】
ΔＶ^* ＝Ｖｔ−Ｖ^* …………（７）
一方、車間距離Ｌは下記（８）式で与えられる。
Ｌ＝∫（Ｖｔ−Ｖｓ）ｄｔ＋Ｌ₀ …………（８）
ここで、Ｌ₀ は車間距離Ｌの初期値である。
また、車速サーボ系は、例えば下記（９）式のように目標車速Ｖ^* に対して実際の自車速Ｖｓが一次遅れで近似できる。
【００２６】
Ｖｓ＝Ｖ^* ／（１＋τ_V Ｓ） …………（９）
ここで、τ_V は時定数である。
そして、先行車の車速Ｖｔが一定であると仮定すると、前記（５）、（７）、（９）式から下記（１０）式が得られる。
ｘ１′＝−ｘ１／τ_V ＋ΔＶ^* ／τ_V …………（１０）
ここで、ｘ１′はｘ１の微分値を表している。
【００２７】
さらに、目標車間距離Ｌ^* を一定とすると前記（６）、（８）式により下記（１１）式が得られる。
ｘ２′＝−（Ｖｔ−Ｖｓ）＝−ｘ１ …………（１１）
ここで、ｘ２′はｘ２の微分値を表している。
したがって、システムの状態方程式は下記（１２）式のように記述できる。
【００２８】
【数１】

【００２９】
そして、制御入力ｕを距離制御ゲインｆｄ及び速度制御ゲインｆｖを使用して下記（１３）式で与える。
ｕ＝ＦＸ Ｆ＝〔ｆｖ，ｆｄ〕 …………（１３）
状態フィードバックが施された全体システムの状態方程式は下記（１４）式のように表される。
【００３０】
Ｘ′＝（Ａ＋ＢＦ）Ｘ …………（１４）
ここで、Ｘ′はＸの微分値を表す。
上記（１４）式において、
【００３１】
【数２】

【００３２】
と置くと、全体システムの特性方程式は下記（１６）式のように導かれる。
【００３３】
【数３】

【００３４】
上述した車速サーボ系の伝達特性に基づき、車間距離Ｌを目標車間距離Ｌ^* に収束させ、相対速度ΔＶを“０”に収束させる特性が所望の特性となるように車速制御ゲインｆｖ及び車間距離制御ゲインｆｄを設定する。
ここで、上述した状態フィードバックが施された追従制御系は、上記（１６）式で表されるようにその収束特性が二次系で近似され、二次遅れ系の特性方程式は、固有振動数ω_n と減衰係数ζとで表すとｓ² ＋２ζω_n ｓ＋ω_n ² ＝０となるので、この特性方程式と（１６）式とから下記（１７）式が得られる。この（１７）式から車速制御ゲインｆｖ及び車間制御ゲインｆｄが下記（１８）式及び（１９）式で得られる。
【００３５】
【数４】

【００３６】
この追従制御系において、所望の応答特性となるように極を設定することによって車速制御ゲインｆｖ及び距離制御ゲインｆｄを求めることができる。
例えば、車速サーボ系の時定数τ_V を０．５ｓｅｃとし、（ａ）遅い収束特性の極を−０．１（重根）、（ｂ）速い収束特性の極を−０．４（重根）とした場合、制御ゲインｆｖ及びｆｄは上記（１８）式及び（１９）式から下記表１に示すようになる。
【００３７】
【表１】

【００３８】
したがって、相対速度ΔＶをもとに基準固有振動数ω_L を算出するための振動数算出マップを図４に示すように、上記（ａ）、（ｂ）の極を上限、下限とすると共に、相対速度ΔＶを横軸に基準固有振動数ω_L を縦軸にとったときに、相対速度ΔＶが“０”のときに基準固有振動数ω_L が下限値の０．２ｒａｄ／ｓとなり、相対速度ΔＶが正方向及び負方向に増加して所定値±ΔＶ₁ （例えば±２０ｋｍ／ｈ）に達するまでの間基準固有振動数ω_L が直線的に増加し、相対速度ΔＶが所定値±ΔＶ₁ を越えると上限値の０．４ｒａｄ／ｓに固定されるように設定している。
【００３９】
一方、車速に応じて応答特性を変更するために、自車速に応じて補正係数Ｋ(v) を算出する補正係数算出マップを、図５に示すように、例えば４０ｋｍ／ｈ以下の低車速域では、補正係数Ｋ(v) を２．３程度に設定し、４０ｋｍ／ｈから９０ｋｍ／ｈまでの間で自車速Ｖｓの増加に応じて減少し、８０ｋｍ／ｈを越えると補正係数Ｋ(v) が“１”以下となり、９０ｋｍ／ｈ以上では補正係数Ｋ(v) が約０．８を維持するように設定している。
【００４０】
そして、車間距離制御演算部４３で、図６に示す車間距離制御演算処理が実行される。この車間距離制御演算処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ１で車間距離Ｌ、自車速Ｖｓ及び相対速度ΔＶを読込み、次いでステップＳ２に移行して、先行車を捕捉しているか否かを判定する。この判定は、ステップＳ１で読込んだ車間距離Ｌが設定値Ｌｓ（例えば１２０ｍ）以下であるか否かを判断することにより行い、Ｌ≦Ｌｓであるときには、先行車が存在するものと判断してステップＳ３に移行する。
【００４１】
このステップＳ３では、ステップＳ１で読込んだ相対速度ΔＶをもとに図４の振動数算出マップを参照して基準固有振動数ω_L を算出し、次いでステップＳ４に移行して、ステップＳ１で読込んだ自車速Ｖｓをもとに図５の補正係数算出マップを参照して補正係数Ｋ(v) を算出し、次いでステップＳ５に移行して、基準固有振動数ω_L と補正係数Ｋ(v) とを乗算して固有振動数ω_n を算出してからステップＳ６に移行する。
【００４２】
このステップＳ６では、ステップＳ５で算出した固有振動数ω_n をもとに、前記（１８）式及び（１９）式の演算を行って、車速制御ゲインｆｖ及び車間距離制御ゲインｆｄを算出する。
次いで、ステップＳ７に移行して、前記（３）式の演算を行って目標相対速度ΔＶ^* を算出し、次いでステップＳ８に移行して、前記（４）式の演算を行って目標車速Ｖ^* を算出し、算出した目標車速Ｖ^* を車速制御部５０に出力してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
【００４３】
一方、ステップＳ２の判定結果が、先行車を捕捉できない状態であるときには、ステップＳ９に移行して、予め設定されたセット車速Ｖ_SET を目標車速Ｖ^* として設定して、車速制御部５０に出力してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
車速制御部５０は、入力される目標車速Ｖ^* に自車速Ｖｓを一致させるための駆動力指令値Ｆ_OR及び外乱推定値ｄ_V ′を算出し、これらの偏差でなる目標制・駆動力Ｆ^* を算出する車速サーボ部５１を備えている。
【００４４】
この車速サーボ部５１は、図７に示すように、例えばロバストモデルマッチング制御手法による車速サーボ系の構成を有し、車間距離制御部４０から入力される目標車速Ｖ^* に基づいて制・駆動力指令値Ｆ_ORを算出するモデルマッチング補償器５１Ａと、このモデルマッチング補償器５１Ａで算出された制・駆動力指令値Ｆ_ORより自己が算出した外乱推定値ｄ_V ′を減算して目標制・駆動力Ｆ^* を算出する減算器５１Ｂと、この減算器５１Ｂより出力される目標制・駆動力Ｆ^* と自車速Ｖｓとに基づいて外乱推定値ｄ_V ′を算出するロバスト補償器５１Ｃとで構成され、前記目標制・駆動力Ｆ^* を制御対象車両に操作量として供給している。ここで、制御対象車両は、目標制・駆動力Ｆ^* を操作量とし、自車速Ｖｓを制御量とした伝達関数Ｇｖ(s) の数式化モデルで表す。
【００４５】
モデルマッチング補償器５１Ａは、車速サーボ系の応答特性を規範モデルに一致させるための補償器であって、フィードフォワード部の規範モデルＲ₂(s)で入出力応答特性を設定し、フィードバック部の規範モデルＲ₁(s)で外乱除去機能と安定性を決定し、目標車速Ｖ^* と自車速Ｖｓとから制・駆動力指令値Ｆ_ORを算出する。
【００４６】
ロバスト補償器５１Ｃは、入力される目標制・駆動力Ｆ^* を実際に車両で発生し得る最大駆動力及び最大制動力に制限する制・駆動力リミッタ５１ａと、この駆動力リミッタ５１ａの出力にフィルタ処理Ｈ(s) を行うロバストフィルタ５１ｂと、自車速Ｖｓが入力され、これに車両モデルの逆系にロバストフィルタをかけて（Ｈ(s) ／Ｇｖ(s) ）現在の自車速Ｖｓを維持するための制・駆動力Ｆ２を求める補償器５１ｃと、この補償器５１ｃより出力される制・駆動力Ｆ２からローパスフィルタ５１ｂより出力される制・駆動力Ｆ１を減算する減算器５１ｄとを備えており、減算器５１ｄより路面勾配、モデル化誤差等を含んだ外乱推定値ｄ_V ′が出力される。
【００４７】
そして、減算器５１Ｂより出力される目標制・駆動力Ｆ^* に基づいてスロットルアクチュエータ３、自動変速機Ｔ及び制動装置Ｂを制御する。
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、車両が市街地を例えば４０ｋｍ／ｈ以下で且つ先行車を捕捉した状態で適正な目標車間距離を維持して追従走行しているものとする。この状態では、先行車が定速走行しているものとすると、車間距離センサ１で検出される車間距離Ｌが目標車間距離Ｌ^* を維持していることにより、自車速Ｖｓが先行車の車速Ｖｔと略一致して相対速度演算部４１で算出される相対速度ΔＶが略零となっている。
【００４８】
この状態では、車間距離制御演算部４３における図６の車間距離制御演算処理で、先行車を捕捉しているので、ステップＳ２からステップＳ３に移行し、相対速度ΔＶをもとに図４の固有振動数算出用マップを参照して基準固有振動数ω_L を算出する。このとき、相対速度ΔＶが略零であるので、基準固有振動数ω_L は下限値の０．２となる。
【００４９】
次いで、ステップＳ４に移行して、自車速Ｖｓをもとに図５の補正係数算出用マップを参照して補正係数Ｋ(v) を算出する。このとき、市街地を４０ｋｍ／ｈ以下で追従走行しているので、補正係数Ｋ(v) が２．３となり、ステップＳ５で算出される固有振動数ω_n は、０．４６となり、相対速度ΔＶが大きい領域の基準固有振動数ω_L に近い値となる。このため、ステップＳ６で算出される車速制御ゲインｆｖは０．５４に設定され、車間距離制御ゲインｆｄは０．１０６に設定される。ここで、車速制御ゲインｆｖは前述した表１における固有振動数ω_n が上限値である場合に近い値であるが、車間距離ゲインｆｄは表１における固有振動数ω_n が上限値である場合より大きな値となる。
【００５０】
次いで、ステップＳ７に移行して、前記（３）式の演算を行って、目標相対速度ΔＶ^* を算出するが、車間距離Ｌが目標車間距離Ｌ^* に略等しく、且つ相対速度ΔＶも略“０”であるので、目標相対速度ΔＶ^* も略“０”となる。次いで、ステップＳ８に移行して、前記（４）式の演算を行って目標車速Ｖ^* を算出するが、目標相対速度ΔＶ^* が略“０”であることにより、自車速Ｖｓがそのまま目標車速Ｖ^* として算出され、これが車速制御部５０に出力され、この車速制御部５０で現在の自車速Ｖｓが維持される。
【００５１】
この定速での追従走行状態から、先行車が急減速するか他車線からの割込みがあって車間距離Ｌが急減した場合には、相対速度ΔＶが負方向に増加することにより、ステップＳ３で算出される基準固有振動数ω_L が０．２より大きな値となるので、ステップＳ５で算出される固有振動数ω_n がより大きな値となり、ステップＳ６で算出される車速制御ゲインｆｖは減少し、車間距離制御ゲインｆｄは増加し、さらに車間距離Ｌと目標車間距離Ｌ^* の偏差も大きくなるので、ステップＳ７で算出される目標相対速度ΔＶが正方向に増加し、ステップＳ８で算出される目標車速Ｖ^* が急減し、これが車速制御部５０に出力されることにより、車速制御部５０で算出される目標制・駆動力Ｆ^* が負の大きな値となり、スロットルアクチュエータ２によりスロットルバルブが全閉状態に制御され、且つ制動装置Ｂを作動させて大きな制動力を発生して、高応答性をもって自車両を減速させて、車間距離Ｌを目標車間距離Ｌ^* に速く収束させる。
【００５２】
先行車が加速するか又は自車両が他車線に離脱して先行車との車間距離Ｌが大きくなっ場合も同様に、基準固有振動数ω_L が増加して、固有振動数ω_n が増加し、車速制御ゲインｆｖ及び車間距離制御ゲインｆｄも減速時と同様の値となるので、ステップＳ７で算出される目標相対速度ΔＶ^* が負方向に増加し、これに応じてステップＳ８で算出される目標速度Ｖ^* が増加して、高応答性をもって自車両を加速させて、車間距離Ｌを目標車間距離Ｌ^* に速く収束させる。
【００５３】
一方、高速道路を高速走行していて、先行車を捕捉していない状態では、図６の車間距離制御演算処理において、ステップＳ２からステップＳ９に移行して、追従制御を開始する際に設定した設定車速Ｖ_SET が目標車速Ｖ^* として設定され、これが車速制御部５０に出力されることにより、この目標車速Ｖ^* に自車速Ｖｓを一致させるようにスロットルアクチュエータ２が制御される。
【００５４】
また、高速道路を高速走行し、先行車を捕捉して目標車間距離を維持して追従走行している状態では、図６におけるステップＳ３で算出される基準固有振動数ω_L は相対速度ΔＶが略零であることにより、前述した市街地走行と同様に下限値の０．２となるが、ステップＳ４で算出される補正係数Ｋ(v) は例えば８０ｋｍ／ｈ以上で走行している場合には、“１”以下となるため、ステップＳ５で算出される固有振動数ω_n が前述した表１における固有振動数ω_n が下限値にある場合と略等しくなり、ステップＳ６で算出される車速制御ゲインｆｖは市街地走行時に比較してやや大きくなり、車間距離制御ゲインｆｄは市街地走行時に比較して大幅に小さくなる。
【００５５】
この場合も、目標車間距離Ｌ^* を維持して定速走行している場合には、前述した市街地走行時と同様に自車速Ｖｓが目標車速Ｖ^* として設定されることにより、定速走行での追従走行状態を維持するが、先行車の減速（又は増速）又は他車線からの車両の割込（又は自車両の他車線への離脱）によって車間距離Ｌが減少（又は増加）した場合には、相対速度ΔＶが負（又は正）方向に増加し、これに応じて基準固有振動数ω_L が０．２より増加するが、補正係数Ｋ(v) は“１”近傍の値を維持するので、固有振動数ω_n が小さい値を維持することから、上述したように車速制御ゲインｆｖは市街地走行時に比較してやや大きくなり、車間距離制御ゲインｆｄは市街地走行時に比較して大幅に小さくなる。
【００５６】
したがって、ステップＳ７で算出される目標相対速度ΔＶ^* も市街地走行時に比較して小さい値となり、ステップＳ８で算出される目標車速Ｖ^* の前回値に対する変化量が小さい値となり、これが車速制御部５０に出力されることにより、自車速Ｖｓが比較的緩やかに減少（又は増加）されて低応答性をもって車間距離Ｌが目標車間距離Ｌ^* に収束される。
【００５７】
また、市街地と高速道路との中間の速度で走行する場合には、これに応じた補正係数Ｋ(v) が設定されるので、走行速度に応じた最適な車速制御ゲインｆｖ及び車間距離制御ゲインｆｄが設定される。
このように、上記実施形態によれば、相対速度ΔＶが小さい領域では基準固有振動数ω_L が小さい値に設定され、相対速度ΔＶが大きい領域では基準固有振動数ω_L が大きい値に設定されることにより、相対速度ΔＶが小さく目標車間距離Ｌ^* を維持しながら追従走行している定常状態では、速度制御ゲインｆｖは大きめであるが、車間距離制御ゲインｆｄが大幅に小さく設定されるので、先行車との車間距離変化に対しては低応答性をもって対処し、逆に先行車が急加減速して相対速度ΔＶが大きい過渡状態では、速度制御ゲインｆｖはやや減少するが、車間距離制御ゲインｆｄが大きくなって高応答性をもって車間距離Ｌを目標車間距離Ｌ^* に速く収束させることができ、運転者に違和感を与えることなく、しかも定常状態や割込等の過渡状態を検出して、これらの状態判断を行うことなく、最適な追従走行制御を行うことができる。
【００５８】
また、補正係数Ｋ(v) が低車速域では“１”より大きい値に設定され、高車速域では“１”より小さい値に設定されていることにより、市街地等を比較的低車速で走行する場合には、車間距離制御ゲインｆｄが大きな値に設定されることにより、高応答性をもって車間距離Ｌを目標車間距離Ｌ^* に収束させることができ、運転者の市街地走行時の車間距離に対する感度が高くなる傾向に合わせることができ、逆に高速域では高速道路等の速度変化がそれほど起こらない交通流であるので、車間距離制御ゲインｆｄを小さな値に設定して、車間距離の応答をさげてゆっくりと車間を調整する運転者の感覚に合わせることができ、あらゆる車速域で運転者に違和感を与えることなく、最適な追従走行制御を行うことができる。
【００５９】
なお、上記実施形態においては、固有周波数算出用マップを図４に示すように、相対速度ΔＶが０ｋｍ／ｈの状態から±２０ｋｍ／ｈの間で相対速度の変化に応じて直線的に基準固有振動数ω_L が増加するように設定した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、基準固有振動数ω_L を相対速度の変化に応じて複数段のステップ状に増減させるようにしてもよく、補正係数算出用マップも図５に示す場合に限らず、補正係数Ｋ(v) を低速域及び高速域間で自車速Ｖｓの変化に応じて複数段のステップ状に増減させるようにしてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態においては、基準固有周波数ω_L 及び補正係数Ｋ(v) をマップを参照して算出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図４及び図５の特性線に応じた方程式に基づいて算出するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、車間距離制御演算部４３で図６の車間距離制御演算処理を実行する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、関数発生器、比較器、演算器等を組み合わせて構成した電子回路でなるハードウェアを適用するようにしてもよく、追従制御用コントローラ５全体をハードウェアで構成するようにしてもよい。
【００６１】
さらにまた、上記実施形態においては、基準固有振動数ω_L に補正係数Ｋ(v) を乗算して固有振動数ω_n を算出する場合について説明したが、基準固有振動数ω_L に補正係数Ｋ(v) を加減算して固有振動数ω_n を算出するようにしてもよく、さらには、図４及び図５を合わせた相対速度ΔＶを横軸に、固有振動数ω_n を縦軸に取り、自車速Ｖｓをパラメータとする制御マップを形成し、相対速度ΔＶ及び自車速Ｖｓから固有振動数ω_n を算出するようにしてもよい。
【００６２】
なおさらに、上記実施形態においては、後輪駆動車に本発明を適用した場合について説明したが、前輪駆動車に本発明を適用することもでき、また回転駆動源としてエンジン２を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動モータを適用することもでき、さらには、エンジンと電動モータとを使用するハイブリッド車にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の追従制御用コントローラの具体的構成を示すブロック図である。
【図３】図２の車間距離制御部の具体例を示すブロック線図である。
【図４】車間距離制御演算部の相対速度と基準固有周波数との関係を表す固有周波数算出用マップを示す説明図である。
【図５】車間距離制御演算部の自車速と補正係数との関係を表す補正係数算出用マップを示す説明図である。
【図６】車間距離制御演算部における車間距離制御演算処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】車速制御部の具体例を示すブロック線図である。
【符号の説明】
Ｅ エンジン
Ｔ 自動変速機
Ｂ 制動装置
１ 車間距離センサ
２ 車速センサ
３ スロットルアクチュエータ
５ 追従制御用コントローラ
４０ 車間距離制御部
４１ 相対速度演算部
４２ 目標車間距離設定部
４３ 車間距離制御演算部
５０ 車速制御部
５１ 車速サーボ部

Claims (4)

1. 先行車との車間距離を検出する車間距離検出手段と、自車速を検出する自車速検出手段と、先行車との相対速度を検出する相対速度検出手段と、前記車間距離検出手段で検出した車間距離検出値を目標車間距離に一致させるために当該車間距離検出値、目標車間距離及び前記相対速度に基づいて目標車速を演算する車間距離制御手段と、前記自車速検出手段で検出した自車速検出値を前記目標車速に一致させるための目標駆動力を演算し、該目標駆動力に基づいて車両の制駆動力を制御する車速制御手段と、前記車間距離制御手段における前記目標車速を演算するための制御ゲインを少なくとも車速サーボ系の伝達特性及び追従制御系の固有振動数に基づき設定すると共に、該固有振動数を前記相対速度検出手段で検出した相対速度に応じて算出するゲイン設定手段とを備えていることを特徴とする先行車追従制御装置。
2. 前記車間距離制御手段は、目標車間距離から車間距離検出値を減算した車間距離偏差に車間制御ゲインｆｄを乗算した値と、相対速度に車速制御ゲインｆｖを乗算した値とを加算して算出する目標相対速度を先行車車速から減算して目標車速を算出するように構成され、前記ゲイン設定手段は、相対速度の絶対値が小さいときに小、大きいときに大となる基準固有振動数が設定され、該基準周波数に補正係数を乗じて前記追従制御系の固有振動数を算出し、少なくとも算出した固有振動数及び前記サーボ系の伝達特性に基づいて車間制御ゲインｆｄ及び速度制御ゲインｆｖを算出するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の先行車追従制御装置。
3. 前記補正係数は自車速の増加に応じて小さい値となるように変更されることを特徴とする請求項２に記載の先行車追従制御装置。
4. 前記補正係数は、自車速が低い低速領域で“１”より大きな値となり、高速領域で“１”以下の値となるように設定されていることを特徴とする請求項３に記載の先行車追従制御装置。

Images