JP2013226945A - 車両走行制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単独走行中の車両の前方車両追従走行への移行と移行後の追従走行あるいは制動走行の安全かつエネルギー利用効率のよい実施方法の提案。
【解決手段】自車と前方走行車両の間に追従走行領域を設定し、自車の通常走行状態から前記追従走行領域への惰性走行による移行可否の判定を、通常走行一定時間あるいは一定走行距離毎に追従走行移行可となるまで繰り返し行い、追従走行移行可となった時点から追従走行領域に向けて惰性走行による追従走行領域移行走行を行う。
追従走行領域移行後は、追従走行領域内で車間距離が境界車間距離まで拡大あるいは縮小するごとに、緩加速走行あるいは惰性走行への移行を交互に繰り返して追従走行を行う。
また前方車両の速度変動等によって自車が追従走行領域から外れた場合には、改めて前記追従走行領域への移行動作、あるいは車両減速度を惰性走行減速度から制動減速度に増大させて減速、停止する。
【選択図】図３

Description

本願発明は、車両走行の省エネルギー化、排出ガス量低減化、のための、車両の有する運動エネルギーを最大限に活用した車両走行制御方法（前方車両への追従走行および制動走行制御方法）に関する。

前方車両への適切な追従走行制御方法として、自車両の車速に応じて前方車両との間の最小車間距離および最大車間距離を設定し、前方車両との車間距離が最小車間距離より小さくなった時には惰性走行を開始し、車間距離が最大車間距離よりも大きくなった時には駆動力の発生を開始することによって、前方車両との車間距離を最小車間距離〜最大車間距離に保ったエネルギー消費量および排出ガス量の少ない効率的な追従走行を行う方法が提案されている(特許文献１)。

但し上記方法においては、定速走行から追従走行への移行時の制御方法が明確ではなく、また追従走行中においても上記のごとき車間距離条件において惰性走行あるいは駆動力の発生走行を各々開始しても、惰性走行あるいは駆動力の発生走行開始時点の前方車両との相対速度によっては前方車両との車間距離は前記特許文献１に記載されている最小車間距離よりも短くあるいは最大車間距離よりも長くなることもあり、その結果車間距離変動幅が大きくなってしまう問題がある。

上記追従走行における車間距離変動幅拡大の問題解決策として、自車両と前方車両間に自車−前方車両間相対速度許容範囲、および自車−前方車両車間距離範囲、で設定される追従走行領域、を設け、前記追従走行領域内において惰性走行から緩加速度走行、あるいは緩加速度走行から惰性走行への移行を交互に繰り返し行うことによって前方車両への追従走行を行う方法が提案されている（特許文献２）。

しかし、特許文献２に示される方法においては、追従走行領域の設定方法、および前方車両の速度変動等によって自車が追従走行領域を外れた場合の対応方法、に不明確な点がある。

ここで、惰性走行とは、エンジン、モーター等の車両駆動力発生動作を停止する、あるいはエンジン、モーター等の車両駆動力を駆動輪への伝達を停止する、ことによってその時点で車両の有している運動エネルギーのみで車両を走行させる走行方法をいう。

特開２００７−２９１９１９ 特開２０１１−００５９２０

本願発明は、定速走行中の車両が前方車両を検知した後制動を行わずに安全
かつ効率的に追従走行に移行する方法、前方車両への追従走行移行後は安全車間距離を確保しかつ車間距離変動幅を最小に保ちつつ前方車両との相対速度範囲を所定範囲内に保つ追従走行の方法、および前方車両との相対速度範囲あるいは車間距離範囲が所定範囲を超えた場合の省エネルギー走行および安全走行の観点からの合理的対応方法、を提案するものである。

エンジン／モーターハイブリッド車の省エネルギー性能は、減速時回生ブレーキで車両の有する運動エネルギーを回生し、発進・加速時に前記回生したエネルギーを効果的・効率的に活用するところにある。しかし減速時における車両の運動エネルギー回生効率は１００％には遠く及ばない。したがって、減速時車両の有している運動エネルギーを最も効率よく利用する方法は、運動エネルギーを回生して利用するのではなく、直接車両走行に利用する、すなわち運動エネルギーによる惰性走行を行うことである。

本願発明における車両走行制御方法においては、定速走行から追従走行への移行および移行後の追従走行の実行に際しては、加速は極力緩加速を行い、減速は、安全上やむを得ない場合を除いて極力ブレーキ（回生ブレーキを含む）を使用せず、車両の有している運動エネルギーを最大限活用した惰性走行による緩やかな減速を行うものとする。

先ず、速度Ｖｓで走行中の自車が前方距離Ｌの地点に速度Ｖa （但し、 Ｖs ＞ Ｖa とする）で走行する前方車両を検知した場合の本願発明による追従走行領域の設定方法、追従走行領域移行方法、および追従走行領域移行後の走行方法について図１を用いて説明する。

図１において、自車両１１は速度Ｖa で走行する前方車両１２に対し前方車両速度Ｖa と最大減速度（制動減速度）αm によって定まる（数１）で示される安全車間距離Ｌ1（Ｖa）、自車−前方車両許容相対速度最大値Ｖr0 と惰性走行減速度αi で定まる（数２）で示される惰性走行距離最大値Ｌ2（Ｖr0）、自車−前方車両許容相対速度最大値Ｖr0 と緩加速度走行加速度αa で定まる（数３）で示される緩加速度走行距離最大値Ｌ3（Ｖr0）、および（数４）で示される相対速度許容範囲（但し相対速度Ｖr ＝Ｖa −Ｖs ）、で設定される追従走行領域１３を設定し、自車が前方車両との車間距離Ｌ、自車速度Ｖs で走行中の現時点から惰性走行減速度αi で惰性走行を開始した後、前方車両との相対速度Ｖr がＶr ＝０となる時点で前方車両との予測車間距離Ｌ’ が（数５）を満足するか否かを演算・判定する。ここで、予測車間距離Ｌ’ は（数６）で算出される。

但し、追従走行領域１３は、（数４）の相対速度範囲と（数８）の車間距離範囲で設定される惰性追従走行領域１４と、（数４）の相対速度範囲と（数９）の車間距離範囲で設定される緩加速度追従走行領域１５で構成される。惰性追従走行領域１４と緩加速度追従走行領域１５の境界となる（数１０）で示される車間距離を境界車間距離１６と称する。

（数１）
L１（Ｖa）＝Ｖa² ／（２・αm）
ここで、（数１）は厳密にはL１（Ｖa）＝Ｖa²
／（２・αm）＋Ｌ0 （Ｌ０ ：前方車両停車時の安全車間距離）とすべきであるが、説明を簡略化するため以降L１（Ｖa）は（数１）で示すこととする。

（数２）
Ｌ２（Ｖr0）＝Ｖr0² ／（２・αi）

（数３）
Ｌ３（Ｖr0）＝Ｖr0² ／（２・αa）

（数４）
−Ｖr0 ≦Ｖr ≦＋Ｖr0

（数５）
Ｌ1（Ｖa）≦Ｌ’ ≦Ｌ1（Ｖa）＋Ｌ2（Ｖr0）＋Ｌ3（Ｖr0）

（数６）
Ｌ’ ＝Ｌ−｛Ｖr0²／（２・αi）｝

（数７）
Ｌ1（Ｖa）≦Ｌ≦Ｌ1（Ｖa）＋Ｌ2（Ｖr0）＋Ｌ3（Ｖr0）

ここで、安全車間距離Ｌ1（Ｖa）は、速度Ｖaで走行する前方車両に速度Ｖaで追従走行する自車両が緊急時最大減速度αm で安全に停止できる最小車間距離、
惰性走行距離Ｌ2（Ｖr0）は、速度Ｖaで走行する前方車両との相対速度Ｖr＝＋Ｖr0で走行中の自車両が、減速度αi の惰性走行に移行して後相対速度Ｖr＝０ になるまでの間に前方車両に接近する相対走行距離、
緩加速度走行距離Ｌ3（Ｖr0）は、速度Ｖaで走行する前方車両との相対速度Ｖr＝−Ｖr0で走行中の自車両が、緩加速度αaの加速走行に移行して後相対速度Ｖr＝０ になるまでの間に前方車両から離遠する相対走行距離、
である。

上記判定の結果、予測車間距離Ｌ’ が（数５）を満足した場合は、自車は現時点から惰性走行によって前記追従走行領域に到達可能であるとして追従走行領域に向けての惰性走行を開始する。
予測車間距離Ｌ’が（数５）を満足しない場合は、その時点の自車速度Ｖsで一定時間Ｔi あるいは一定走行距離Ｄi
走行を行った後、改めてその時点での車間距離Ｌ、自車速度Ｖs、前方車両速度Ｖa を検知して上記（数1）〜（数６）を用いての追従走行領域の設定、惰性走行による追従走行領域への到達可否の判定を、追従走行領域到達可となるまで繰り返してのち追従走行領域に向けての惰性走行を開始する。

追従走行領域に向けての惰性走行開始後、自車−前方車両間相対速度ＶrがＶr ＝０となった時点で自車−前方車両車間距離Ｌが（数６）を満足した場合、あるいは自車−前方車両車間距離Ｌが（数１０）を満足した時点で自車−前方車両相対速度Ｖrが（数３）を満足した場合、自車は追従走行領域に入ったとして追従走行移行動作は終了する。

次に、上記によって追従走行への移行を終了した時点で自車と前方車両の車間距離Ｌが（数８）を満足する状態である場合は減速度αiでの惰性走行を継続する。
また追従走行への移行を終了した時点で自車と前方車両の車間距離Ｌが（数９）を満足する場合は緩加速度αaの緩加速度走行に移行する。

即ち、追従走行に移行終了後の追従走行領域１３において、惰性追従走行領域１４で惰性走行中相対速度ＶrがＶr＝０なる状態を経由した後惰性走行中車間距離Ｌが（数１０）に示す距離（境界車間距離）に拡大あるいは相対速度Ｖrが（数１１）に示す速度に減少した場合は惰性走行から緩加速度αaの緩加速度走行に、
また、緩加速度追従走行領域１５で緩加速度走行中相対速度ＶrがＶr＝０なる状態を経由した後車間距離Ｌが（数９）の状態から（数１０）に示す距離（境界車間距離）に低減あるいは相対速度Ｖrが（数１２）に示す速度に増加した場合は緩加速度走行から減速度αi の惰性走行に、
各々移行する。
以上のごとく惰性追従走行領域１４、緩加速度追従走行領域１５への移行を車間距離Ｌが境界車間距離に達するごとに交互に繰り返し行うことによって自車は急加速・急減速・制動無しでの省エネルギーかつ安全な前方車両走行速度に対応した追従走行を行うことができることになる。

（数８）
Ｌ1（Ｖa）≦Ｌ＜Ｌ1（Ｖa）＋Ｌ2 （Ｖr0）

（数９）
Ｌ1（Ｖa）＋Ｌ2（Ｖr0）＜Ｌ ≦Ｌ1（Ｖa）＋Ｌ2（Ｖr0） ＋Ｌ3（Ｖr0）

（数１０）
Ｌ＝Ｌ1（Ｖa）＋Ｌ2 （Ｖr0）

（数１１）
Ｖｒ＝−Ｖr0

（数１２）
Ｖｒ＝＋Ｖr0

追従走行中、前方車両との相対速度ＶrがＶr ＝０に達した時点の車間距離Ｌが（数８）および（数９）を満足しない場合、すなわち（数１３）あるいは（数１４）
を満足する場合は、共に前方車両速度Ｖaの変動等によって、車両が追従走行領域を外れたとして、以下の処理を行う。

（数１３）
Ｌ ＜Ｌ1（Ｖa）

（数１４）
Ｌ＞Ｌ1（Ｖa）＋Ｌ2（Ｖr0）＋Ｌ3（Ｖr0）

追従走行中、前方車両の急加速等によって相対速度Ｖr がＶr ＜-Ｖr0 となった場合、あるいは車間距離が（数１４）を満足した場合は、あらためて自車−前方車両間に追従走行領域を設定し、自車が前方車両に追従走行可能か否かを判定し、可の場合は前記追従走行領域への移行処理を行って後追従走行に移行する。また、追従走行が否の場合は、設定速度Ｖc での定速走行に移行する。

一方、追従走行中、前方車両が急減速あるいは急停止して相対速度がＶr
＞＋Ｖr0 となった場合、あるいは車間距離が（数１３）を満足した場合は、（数１５）より減速度αを算出して、前記算出した減速度αでの減速走行を自車が追従走行領域内に復帰するまで、あるいは自車が停車するまで継続する。

（数１５）
α＝Ｖr² ／（２・Ｌ） （但し、α≦αm）

上記においては惰性走行時の減速度αiは、一定としているが、実際には車両状態（走行速度、車両重量等）、あるいは走行する道路状態（道路勾配、道路面状況等）によって変化する。この補正は、例えば車両に搭載するカーナビゲーションシステムの地図データベースに減速度補正係数を車両状態、道路状態ごとに記憶・保持しそれを用いて行う、あるいは惰性走行時に実測する、等の方法がある。

本願発明によって、一般道路あるいは自動車専用道において、前方車両を検知してのちの追従走行への移行、追従走行移行後の追従走行の継続、追従走行中の前方車両速度変化への対応、を安全かつ効率的に行うことができ、自車両のエネルギー回生機能有無にかかわらず、省エネルギー・排出ガス量削減および安全走行に大きく寄与することができる。

本願発明による追従走行および追従走行領域の基本的考え方説明図、 本願発明のＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）装置機能構成例、 本願発明による走行制御手順例、である。

本願発明の実施は基本的にはＡＣＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｒｕｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）装置の改良で可能である。また従来のＡＣＣ装置の構成要素の一つであるレーダ機能に代えて、あるいは加えて、自車位置特定機能たとえば高精度ＧＰＳ受信機及び車車間通信機能を設ける方法もある。
以下実施例１にレーダ方式ＡＣＣ装置による本願発明実施例を示す。

レーダ方式ＡＣＣ装置機能構成例を図２に、図２中の演算制御部２２における走行制御手順例を図３に、各々示す。
図２において、
２０は、レーダ２１および演算制御部２２で構成されるＡＣＣ装置、
２１は、自車両−前方車両車間距離Ｌおよび自車速度Ｖsに対する前方車両の相対速度Ｖr を検知するレーダ、
２２は、レーダ２１出力である自車両−前方車両車間距離Ｌ情報および自車速度Ｖsに対する前方車両の相対速度Ｖr情報、自車両から得られる自車速度Ｖs 情報、ドライバーが設定する自車両走行に際して自動走行制御を行うか否かを示す走行制御有無情報、定速走行に際しての設定速度Ｖc情報、から自車両走行のための速度制御情報、車両駆動／制動／惰性走行制御情報を自車両の駆動力出力機構・駆動力伝達機構・制動制御機構に対して出力する演算制御部、
である。

図２中の演算制御部における自動走行制御手順、即ち定速走行、追従走行への移行、追従走行制御および制動制御のための制御手順を図３に示す。
但し図３に示す制御手順処理のバックグランド処理として、自車速Ｖs 、前方車両との距離Ｌ、自車−前方車両間相対速度Ｖr （但し、自車−前方車両が接近中はＶr ＞０、自車−前方車両が離遠中はＶr ＜０とする）は継続的に計測するものとする。

図３において、
３０１は、走行制御手順開始点、
３０２は、ドライバーからの自動走行制御を開始するか否かの指示の有無を判断する自動走行制御開始判定処理、
３０３は、処理３０２で自動走行制御指示があると判定した後、レーダ検知距離の範囲内前方に車両があるか否かを判定する前方車両有無判定処理、
３０４は、前方車両速度Ｖa(＝Ｖs −Ｖr )が自車の定速走行速度Ｖc未満か否かを判定する前方車両速度判定処理、
３０５は、あらかじめACC装置に設定されている定速走行速度Ｖcで自車両を走行させる定速走行処理、

３０６は、処理３０４において前方車両が自車設定速度Ｖc よりも低速で走行中と判定した場合、自車と前方車両の間に図１に示す追従走行領域を設定する追従走行領域設定処理、
３０７は、自車が現走行状態から惰性走行に移行して、処理３０６で設定した追従走行領域に移行できるか否か、即ち前方車両に追従走行可能か否か、を判定する追従走行移行判定処理、
３０８は、処理３０７において追従走行移行不可と判定された場合、その原因として追従走行領域での相対速度Ｖr がＶr ＞Ｖr０ であるか否か、あるいは車間距離ＬがＬ＜Ｌ１であるか否かから、自車の前方車両への異常接近を判定する前方車両への異常接近判定処理、
３０９は、追従走行領域での相対速度Ｖr がＶr ＜−Ｖr０ であるか否か、あるいは車間距離ＬがＬ＞Ｌ１＋Ｌ2 ＋Ｌ3であるか否かから、自車の前方車両からの異常離遠を判定する前方車両からの異常離遠判定処理、

３１０は、処理３０７で、追従走行移行可と判定された場合、惰性走行による追従走行移行を行う追従走行移行処理、
３１１は、処理３１０による追従走行移行処理の結果、自車が追従走行領域に移行できたか否かを判定する追従走行領域移行完了判定処理、
３１２は、処理３０８の結果自車両が前方車両に対して（追従走行領域を外れて）異常接近状態にあると判定された場合、α＝Ｖr²／（２・Ｌ）なる減速度で減速走行制御を行う減速走行制御処理、

３１３および３１４は、処理３１１で自車が追従走行領域に移行できたと判定した場合、現在の自車位置が追従走行領域中の惰性走行中領域か、あるいは緩加速度領域中か、を判定する惰性走行領域判定処理および緩加速度領域判定処理、
３１５は、処理３１２の結果自車速Ｖs がＶs ＝０即ち停車したか否かを判定する自車停止判定処理、
３１６は、処理３１５の結果自車が停止したと判定した場合には本走行制御処理は一旦終了して次の制御指示を待つ、あるいは走行開始を待つ、走行制御手順終了点、
３１７は、処理３１３の結果惰性走行領域にあると判定された場合惰性走行を行う追従走行領域内惰性走行処理、
３１８は、処理３１４の結果緩加速度走行領域にあると判定した場合緩加速度走行を行う追従走行領域内緩加速度走行処理、
３１９は、現在の惰性走行から緩加速度走行に移行すべき状態にあるか否かを車間距離Ｌ≧Ｌ1＋Ｌ2の成否から判定する、緩加速度走行移行判定処理、
３２０は、、現在の緩加速度走行から惰性走行に移行すべき状態にあるか否かをＬ≦Ｌ1＋Ｌ2の成否から判定する、惰性走行移行判定処理、
である。

以上のごとき制御により、従来の追従走行あるいは減速走行に比べて制動頻度の少ない、その結果としてのエネルギー消費量および排出ガス量の少なくかつ前方車両の急激な速度変化にも対応できる、安全な走行が可能になる。

以上述べたごとく本願発明による車両走行制御方法によって、通常走行中の車両の前方車両へのスムーズで効率的な追従走行への移行、前方車両への追従走行移行後の安定・安全・効率的追従走行、および追従走行が不可となった場合の対応、特に前方車両の減速・停止への合理的かつ安全な対応処理が可能となり、車両の省エネルギー、排出ガス削減および安全走行に大きな効果をもたらす。

１１：自車両
１２：前方車両
１３：追従走行領域
１４：惰性追従走行領域
１５：緩加速度追従走行領域
１６：境界車間距離

Ｌ：自車両−前方車両車間距離
Ｖs ：自車速度、
Ｖa ：前方車両速度、
Ｖr ：前方車両−自車間相対速度（Ｖr＞０：接近しつつあるとき、Ｖ＜０：離遠しつつあるとき）、
Ｖr0 ：自車−前方車両許容相対速度最大値、
Ｌ1（Ｖa）、Ｌ1 ：前方車両速度Ｖa に対応する自車−前方車両間安全車間距離
＝Ｖa² ／（２・αm）
Αm ：減速走行最大減速度、
Ｌ2（Ｖr0）、Ｌ2 ：自車−前方車両許容相対速度最大値Ｖr0に対応する惰性走行距離最大値、惰性走行領域車間距離、
＝Ｖr0² ／（２・αi）
αi：惰性走行減速度、
Ｌ3（Ｖr0）、Ｌ3 ：自車−前方車両許容相対速度最大値Ｖr0に対応する緩加速度走行距離最大値、緩加速度走行領域車間距離、
＝Ｖr0² ／（２・αa）
αa ：緩加速度走行加速度、
Ｌ１＋Ｌ2：境界車間距離、
Ｌ’ ：自車−前方車両予測車間距離、

Claims (2)

1. 自車−前方走行車両の間に、自車−前方車両間相対速度許容範囲（−Ｖr0 ≦Ｖr ≦Ｖ0r）、自車−前方車両間追従走行車間距離範囲（Ｌ1≦Ｌ≦Ｌ1＋Ｌ2＋Ｌ3）、で設定される追従走行領域を設け、前記追従走行領域内の境界車間距離（Ｌ＝Ｌ1＋Ｌ2）において惰性走行から緩加速走行、あるいは緩加速走行から惰性走行への移行を交互に繰り返し行うことによって前方車両速度に対応した追従走行を行う、
   ことを特徴とする車両走行制御方法。
   ここで、
   Ｌ：自車両−前方車両車間距離
   Ｖr ：前方車両−自車間相対速度（Ｖr＞０：接近しつつあるとき、Ｖ＜０：離遠しつつあるとき）、
   Ｖr0 ：自車−前方車両許容相対速度最大値、
   Ｌ1（Ｖa）、Ｌ1 ：前方車両速度Ｖa に対応する自車−前方車両間安全車間距離、
   ＝Ｖa² ／（２・αm）
   αm ：減速走行減速度最大値、
   Ｌ2（Ｖr0）、Ｌ2 ：自車−前方車両許容相対速度最大値Ｖr0に対応する惰性走行距離最大値、惰性走行領域車間距離、
   ＝Ｖr0² ／（２・αi）
   αi ：惰性走行減速度、
   Ｌ3（Ｖr0）、Ｌ3 ：自車−前方車両許容相対速度最大値Ｖr0に対応する緩加速度走行距離最大値、緩加速度走行領域車間距離、
   ＝Ｖr0² ／（２・αa）
   αa ：緩加速度走行加速度、
   Ｌ１＋Ｌ2 ：境界車間距離、
   である。
2. 前方車両が減速あるいは停止することによって車間距離ＬがＬ＜Ｌ１ となった場合あるいは相対速度Ｖr がＶr ＞Ｖr０ となった場合は、前方車両に対する減速度αを、α＝Ｖr²／（２・Ｌ）（但しα≦αm ）に設定しての減速走行を、
   また前方車両が加速することによって車間距離ＬがＬ＞Ｌ１＋Ｌ2 ＋Ｌ3 となった場合あるいは相対速度Ｖr がＶr ＜−Ｖr０ となった場合は、改めて自車の追従走行領域への移行可否判断、および判断の結果に対応した追従走行移行処理あるいは定速走行処理を、
   各々行うことによって追従走行への復帰、定速走行への移行、あるいは停車を行う、
   ことを特徴とする請求項１記載の車両走行制御方法。