JP2019217936A - 車間距離制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<装置構成>
図1は、本発明に係る実施の形態1の車間距離制御装置100の構成を示す機能ブロック図である。図1に示すように車間距離制御装置100は、車間距離センサ10により検出される先行車との車間距離Dおよび自車両を基準とした先行車の相対速度dVと、車速センサ11により検出される自車速Vに基づいて、先行車との車間距離を維持して走行するための加速度指令a*を生成して車両駆動部12に入力する。車両駆動部12は加速度指令a*に従い、エンジンまたは駆動モータ、またはブレーキを制御し、車両の加速度aが加速度指令a*に一致するように制動力または駆動力を与える。
以下、車間距離制御装置100の動作について説明する。図4は目標軌道生成部103の動作を説明するための図であり、3つの特性図を示している。図4において上段の図は車間距離(Distance)[m]の時間変化を示し、中段の図は速度(Velocity)[km/h]の時間変化を示し、下段の図は相対速度(Velocity)[km/h]の時間変化を示しており、何れも横軸は時間(Time)[s]である。
次に、車間距離制御装置100による各走行シーンにおける車間距離制御動作について、シミュレーション結果に基づいて説明する。図5は、自車OVが遠方の遅い先行車LVに接近する走行シーンである。初期状態では、車間距離初期値D0は目標車間距離D*より大きく、自車速Vは先行車速Vleadより大きなV0であり、自車OVは減速しながら先行車LVに接近し、車間距離が目標車間距離D*と等しくなり、自車速Vが先行車速Vleadと等しくなるように車間距離制御装置100によって制御される。
<装置構成>
図9は、本発明に係る実施の形態2の車間距離制御装置200の構成を示す機能ブロック図である。図9に示すように車間距離制御装置200は、図1に示した実施の形態1の車間距離制御装置100の構成に、さらにFF制御部105を備えた構成となっている。FF制御部105には、車間距離センサ10から出力される車間距離Dおよび相対速度dVと、目標車間設定部102から出力される目標車間距離D*が入力され、フィードフォワード加速度指令aFF *を演算する。
以下、車間距離制御装置200の動作について説明する。FF制御部105は、目標軌道に追従するための加速度指令aFF *をフィードフォワードで演算する。
次に、車間距離制御装置200による各走行シーンにおける車間距離制御動作について、シミュレーション結果に基づいて説明する。なお、走行シーンは、図5を用いて説明した、自車OVが遠方の遅い先行車LVに接近する走行シーンとする。
<装置構成>
図11は、本発明に係る実施の形態3の車間距離制御装置300の構成を示す機能ブロック図である。図11に示すように車間距離制御装置300は、図9に示した実施の形態2の車間距離制御装置200の構成に、さらに目標軌道設計部106を備えた構成となっている。目標軌道設計部106には追従条件として車間距離センサ10から出力される車間距離Dおよび相対速度dVと、目標車間設定部102から出力される目標車間距離D*が入力され、フィルタ時定数τdを演算して、目標軌道生成部103およびFF制御部105に入力する。
以下、車間距離制御装置300の動作について説明する。車間距離制御では、減速度の大きさを小さくする方がドライバの乗り心地が向上する。しかし、減速の緩やかさを優先すると先行車に接近し過ぎることとなり、ドライバに不安感を与えてしまう。そこで、目標軌道設計部106を設け、車間距離制御において以下の2つの設計目標を考慮することで、乗り心地の向上と不安感の抑制を両立させる。
・設計目標(2):追従過程における最接近距離を大きくする
上記設計目標の追従過程とは、車間距離制御を開始してから車間距離および自車速が目標車間距離および先行車速に収束するまでの過程であり、最接近距離とは追従過程における車間距離の最小値である。
次に、車間距離制御装置300による各走行シーンに対する車間距離制御動作について、シミュレーション結果に基づいて説明する。
<装置構成>
図17は、本発明に係る実施の形態4の車間距離制御装置400の構成を示す機能ブロック図である。図17に示すように車間距離制御装置400は、先行車速演算部101、目標車間設定部102、目標軌道生成部103AおよびFB制御部104を備えている。なお、図17においては、図1を用いて説明した車間距離制御装置100と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
次に、車間距離制御装置400の各部の動作について詳細に説明する。実施の形態1の車間距離制御装置100の目標軌道生成部103においては、入力の初期値を車間距離Dとし、入力微分値の初期値を相対速度dVとして、目標車間距離D*を2段移動平均フィルタFdref(s)に入力していた。それに対し、車間距離制御装置400における目標軌道生成部103Aは、入力の初期値を車間偏差Derr=D−D*とし、入力微分値の初期値を相対速度dVとし、0(ゼロ)を2段移動平均フィルタFdref(s)に入力する。これにより、偏差軌道Derr_trk *は車間偏差がDerrから0に収束するまでの時間履歴を生成することができる。また、入力が0であるため、出力の偏差軌道Derr_trk *は0に収束し、それ以降は0のまま変化しない。
<装置構成>
図18は本発明に係る実施の形態4の変形例の車間距離制御装置400Aの構成を示す機能ブロック図である。図18に示すように車間距離制御装置400Aは、図17に示した車間距離制御装置400の構成に、さらにFF制御部105Aを備えた構成となっている。
次に、車間距離制御装置400Aの各部の動作について詳細に説明する。実施の形態2の車間距離制御装置200のFF制御部105においては、入力の初期値を車間距離Dとし、入力微分値の初期値を相対速度dVとし、目標車間距離D*を伝達関数CFF(s)に入力した。それに対し、車間距離制御装置400AにおけるFF制御部105Aは、入力の初期値を車間偏差Derr=D−D*とし、入力微分値の初期値を相対速度dVとし、伝達関数CFF(s)に0を入力する。これにより、車間偏差がDerrから0に収束するまでの時間履歴である偏差軌道Derr_trk *に追従するためのフィードフォワード加速度指令aFF *を生成することができる。また、入力が0であるため、フィードフォワード加速度指令aFF *は0に収束し、それ以降は0のまま変化しない。
<装置構成>
図19は本発明に係る実施の形態4の変形例の車間距離制御装置400Bの構成を示す機能ブロック図である。図19に示すように車間距離制御装置400Bは、図18に示した車間距離制御装置400Aの構成に、さらに目標軌道設計部106を備えた構成となっている。
次に、図17〜図19に示した車間距離制御装置400、車間距離制御装置400Aおよび車間距離制御装置400Bにおける各走行シーンに対する車間距離制御動作について、シミュレーション結果に基づいて説明する。なお、最初の走行シーンは図5と同様、自車OVが遠方の遅い先行車LVに接近する走行シーンとする。
まず、図5の走行シーンにおける車間距離制御装置400のシミュレーション結果を図20に示す。図20には車間距離、速度、相対速度および加速度のシミュレーション結果を示しており、図の配列はこれまでのシミュレーション結果と同じである。
Claims (10)
- 先行車との車間距離、前記先行車との相対速度および自車の速度に基づいて加速度指令を演算し、車両の駆動を制御する車両駆動部に入力することで、前記先行車との前記車間距離を制御する車間距離制御装置であって、
前記自車の速度と前記先行車との前記相対速度に基づいて前記先行車の速度を演算する先行車速演算部と、
前記先行車の速度に基づいて前記先行車との目標車間距離を設定する目標車間設定部と、
前記車間距離の初期値から前記目標車間距離に到達するまでの前記車間距離の時間履歴を定義する目標軌道、および前記目標軌道の微分値である目標軌道微分値を生成する目標軌道生成部と、
前記目標軌道と前記車間距離との偏差および前記目標軌道微分値と前記相対速度との偏差に、それぞれゲインを乗算してフィードバック加速度指令を演算するフィードバック制御部と、を備え、
前記フィードバック加速度指令を前記加速度指令として出力する車間距離制御装置。 - 前記目標軌道生成部の伝達関数と、前記車両駆動部の逆伝達関数を用いて、前記車間距離および前記相対速度をそれぞれ入力および入力微分値の初期値とし、前記目標車間距離を入力としてフィードフォワード加速度指令を演算するフィードフォワード制御部を備え、
前記フィードバック制御部の出力である前記フィードバック加速度指令と、前記フィードフォワード制御部の出力である前記フィードフォワード加速度指令との和を前記加速度指令とする、請求項1記載の車間距離制御装置。 - 前記目標軌道生成部は、
2つの移動平均フィルタを連続させた2段移動平均フィルタを有し、
前記車間距離、前記目標車間距離および前記相対速度に基づいて前記目標軌道生成部の応答特性を規定するフィルタ時定数を演算する目標軌道設計部を備え、
前記目標軌道生成部は、
前記フィルタ時定数に基づいて前記目標軌道を生成し、
前記フィードフォワード制御部は、
前記フィルタ時定数に基づいて前記フィードフォワード加速度指令を演算する、請求項2記載の車間距離制御装置。 - 先行車との車間距離、前記先行車との相対速度および自車の速度に基づいて加速度指令を演算し、車両の駆動を制御する車両駆動部に入力することで、前記先行車との前記車間距離を制御する車間距離制御装置であって、
前記自車の速度と前記先行車との前記相対速度に基づいて前記先行車の速度を演算する先行車速演算部と、
前記先行車の速度に基づいて前記先行車との目標車間距離を設定する目標車間設定部と、
前記車間距離から前記目標車間距離を差し引いた車間偏差が0に到達するまでの車間偏差の時間履歴を定義する偏差軌道および該偏差軌道の微分値である目標軌道微分値を生成する目標軌道生成部と、
前記偏差軌道と前記目標車間距離との和を目標軌道とし、前記目標軌道と前記車間距離との偏差および前記目標軌道微分値と前記相対速度との偏差に、それぞれゲインを乗算してフィードバック加速度指令を演算するフィードバック制御部と、を備え、
前記フィードバック加速度指令を前記加速度指令として出力する車間距離制御装置。 - 前記目標軌道生成部の伝達関数と、前記車両駆動部の逆伝達関数を用いて、前記車間距離から前記目標車間距離を差し引いた車間偏差および前記相対速度をそれぞれ入力および入力微分値の初期値とし、ゼロを入力としてフィードフォワード加速度指令を演算するフィードフォワード制御部を備え、
前記フィードバック制御部の出力である前記フィードバック加速度指令と、前記フィードフォワード制御部の出力である前記フィードフォワード加速度指令との和を前記加速度指令とする、請求項4記載の車間距離制御装置。 - 前記目標軌道生成部は、
2つの移動平均フィルタを連続させた2段移動平均フィルタを有し、
前記車間距離、前記目標車間距離および前記相対速度に基づいて前記目標軌道生成部の応答特性を規定するフィルタ時定数を演算する目標軌道設計部を備え、
前記目標軌道生成部は、
前記フィルタ時定数に基づいて前記目標軌道を生成し、
前記フィードフォワード制御部は、
前記フィルタ時定数に基づいて前記フィードフォワード加速度指令を演算する、請求項5記載の車間距離制御装置。 - 前記目標軌道設計部は、
前記車間距離が前記目標車間距離に収束し、前記相対速度がゼロに収束するまでの追従過程における前半の加速度の平均値が、予め設定した加速度設計値となるように前記目標軌道生成部の前記フィルタ時定数を決定する、請求項3または請求項6記載の車間距離制御装置。 - 前記目標軌道設計部は、
前記車間距離が前記目標車間距離に収束し、前記相対速度がゼロに収束するまでの追従過程における前記車間距離の最小値である最接近距離が、予め設定した最接近距離設計値となるように前記目標軌道生成部のフィルタ時定数を決定する、請求項3または請求項6記載の車間距離制御装置。 - 前記目標軌道設計部は、
前記車間距離、前記目標車間距離および前記相対速度によって定義される前記先行車の追従条件に基づいて、複数の加速度設計値および複数の最接近距離設計値を設定し、
前記複数の加速度設計値のそれぞれは、追従過程における前半の加速度の平均値を規定し、
前記複数の最接近距離設計値のそれぞれは、追従過程における前記車間距離の最小値で定義される最接近距離を規定し、
前記複数の加速度設計値および前記複数の最接近距離設計値から、追従過程における最接近距離を大きくし、加速度または減速度の大きさを小さくするような加速度設計値および最接近距離設計値を選択することで、前記目標軌道生成部の応答特性を決定する、請求項3または請求項6記載の車間距離制御装置。 - 前記ゲインは、
前記目標軌道と前記車間距離との偏差に乗算する比例制御のゲインと、
前記目標軌道微分値と前記相対速度との偏差に乗算する微分制御のゲインと、含む、請求項1または請求項4記載の車間距離制御装置。
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