JP2020100166A - 車両運動制御装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数台の車両による隊列走行時において、各車両の乗員の快適性を向上させることのできる車両運動制御装置及び方法を提供する。【解決手段】隊列走行において、先行車両と後続車両の車間距離が、後続車両の横加速度の絶対値、もしくは走行軌跡の曲率が増加または減少する前に増加し、先行車両および後続車両の横加速度の絶対値、もしくは走行軌跡の曲率が増加または減少する区間以降で減少するよう、先行車両または後続車両の少なくとも一方の前後加速度を制御する。車両の走行情報を車両間で送受信し、後続車両の横加速度の絶対値、走行軌跡の曲率が増加または減少する前に、前記車間距離が増加するよう、先行車両または後続車両の少なくとも一方の前後加速度を制御し、先行車両および後続車両の横加速度の絶対値、もしくは走行軌跡の曲率が増加または減少する区間以降で、車間距離が減少するよう、先行車両および後続車両の前後加速度を制御する。【選択図】図１０

Description

本発明は、隊列走行時の自動車等の車両の走行を制御する車両運動制御装置及びその方法に関する。

自動車におけるADAS（先進運転支援システム）及び自動運転関連技術の開発が、近年、急速に進められている。運転操作の一部を自動化する機能として、アダプティブクルーズコントロール、レーンキープアシストシステム、緊急自動ブレーキ等が実用化に至っている。しかしながら、これらはいずれも車両の前後運動と横運動のどちらか一方のみを自動制御するシステムである。加減速を伴って旋回する走行シーン、例えば、曲率がきつく、一定の速度で走行すると横加速度が過大となるカーブ路や、追い越し、合流等でスムーズな車両運動を実現するために、車両の前後運動と横運動の連係した制御が必要となる。

車両に発生する前後運動と横運動の連係については、特許文献１に、入力された車両の横方向の加加速度（Gy_dot）に、速度（V）及び横加速度（Gy）から決定され、予め記憶されたゲイン（Cxy）を乗じ、乗じた値に基づいて、車両の前後加速度を制御する制御指令を生成し、生成された前記制御指令を出力する車両の運動制御方法が開示されている。この方法によると、前後加速度と横加速度の合成加速度ベクトル（G）の軌跡が車両重心固定の座標系において、なめらかな曲線を描くように方向づけられ（Vectoring）、G-Vectoring制御（GVC：G-Vectoring Control）と呼ばれている。このGVCによると、緊急回避性能が大幅に向上することが報告されている（非特許文献１参照）。

また、例えば特許文献２では、自車両前方の走行コースにおけるカーブ曲率の時間変化に基づいて加減速する方法が開示されている。この方法によると、自車両に横加速度が発生する前から横加速度の絶対値が増加する旋回過渡期まで連続的な減速を実現することが可能となる。本技術は、前記G-Vectoring制御に前方注視情報を加えることから、Preview G-Vectoring制御（PGVC：Preview G-Vectoring Control）と呼ばれている（非特許文献２参照）。

また、近年では、道路輸送における渋滞緩和と輸送効率向上にあたり、極小車間距離での自動追従走行（隊列走行ともいう）システムの開発が進められている。

上記特許文献１、２では、前述のように単独の車両において、カーブ路走行時における前後運動と横運動を連係させ、スムーズに走行する方法が示されているが、上記特許文献１、２のいずれの文献でも、複数台の車両が隊列走行している際の加減速方法には言及されていない。

一方、複数台の車両間で加減速の情報をやり取りしながら隊列走行する方法に関しては、例えば特許文献３に、自車の目標速度パターン及び他車の目標速度パターンに基づいて隊列走行速度パターンを随時生成し、前記隊列走行速度パターンに応じて車両の走行制御を行う方法が開示されている。また、例えば特許文献４には、予め隊列内の車両に設定される走行計画を共有し、減速制御の開始タイミングが遅い車両から順に車両の隊列の順序を変更する方法が開示されている。

特開２００９−２６２７０１号公報 特開２０１２−０３０６７４号公報 特開２００８−１１０６２０号公報 特開２００８−２０４０９４号公報

M.Yamakado, J. Takahashi, S. Saito, A.Yokoyama, and M. Abe, Improvement in vehicle agility and stability by G-Vectoring control, Veh. Syst. Dyn. 48 (2010), pp. 231-254. Takahashi, J., et al., "Evaluation of Preview G-Vectoring Control to decelerate a vehicle prior to entry into a curve", International Journal of Automotive Technology, Vol. 14, No. 6, 2013, pp. 921-926.

しかしながら、上記特許文献３、４における加減速の制御において、上記特許文献１、２に記載されている横運動に連係した前後運動に関しては考慮されておらず、隊列走行するすべての車両で、横運動を伴う加減速時にスムーズな運動を実現する方法が明らかでない。例えば、隊列走行中のカーブ路走行時に、先行車両のタイミングでの減速制御では、各車両の（特に、後続の車両ほど）乗員の乗り心地が悪化する可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、複数台の車両による隊列走行時において、各車両の乗員の快適性を向上させることのできる車両運動制御装置及びその方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る車両運動制御装置及びその方法は、車両進行方向の速度が増加する方向の加速度を正、減少する方向の加速度を負とする前後加速度を、車両進行方向の道路形状に応じて自動的に制御し、複数台の車両による隊列走行において、先行車両と後続車両の車間距離が、後続車両の横加速度の絶対値、もしくは後続車両の走行軌跡の曲率が増加または減少する前に増加し、先行車両および後続車両の横加速度の絶対値、もしくは先行車両および後続車両の走行軌跡の曲率が増加または減少する区間以降で減少するよう、先行車両または後続車両の少なくとも一方の前後加速度を制御する。

本発明によれば、例えば直線区間を隊列走行してきた車両群が定常旋回状態に至るまでの間に発生する前後加速度と横加速度の関係を、隊列内全ての車両に対し好適に変化するよう制御することができ、各車両の乗員の快適性を向上する効果が期待できる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

カーブ区間を含む道路の形状の一部を示した図である。 従来手法１にて隊列走行に対する前後加速度制御をした際のカーブ路走行時の走行状態を示し、（ａ）は各車両の横加速度および前後加速度、（ｂ）は車間距離を示した図である。 従来手法１にて隊列走行に対する前後加速度制御をした際のカーブ路走行時の各車両の横加速度と前後加速度の関係を示した図である。 従来手法２にて隊列走行に対する前後加速度制御をした際のカーブ路走行時の走行状態を示し、（ａ）は各車両の横加速度および前後加速度、（ｂ）は車間距離を示した図である。 従来手法２にて隊列走行に対する前後加速度制御をした際のカーブ路走行時の各車両の横加速度と前後加速度の関係を示した図である。 車両ｎ、車両ｎ＋１、および車両ｎと車両ｎ＋１の車間距離dn+1の定義を示した図である。 本発明にて隊列走行に対する負の前後加速度制御をした際のカーブ路走行時の走行状態を示し、（ａ）は各車両の横加速度および前後加速度、（ｂ）は車間距離を示した図である。 本発明にて隊列走行に対する正の前後加速度制御をした際のカーブ路走行時の走行状態を示し、（ａ）は各車両の横加速度および前後加速度、（ｂ）は車間距離、（ｃ）は各車両の速度を示した図である。 本発明による前後加速度制御を適用した際の前後加速度と横加速度の関係を示した図である。 本発明にて隊列走行に対する前後加速度制御をした際のカーブ路走行時の走行状態を示し、（ａ）は各車両の横加速度および前後加速度、（ｂ）は車間距離を示した図である。 本発明にて隊列走行に対する前後加速度制御をした際のカーブ路走行時の各車両の前後加速度と横加速度の関係を示した図である。 本発明に係る車両運動制御装置の第１実施形態を搭載した車両の概念図である。 本発明に係る車両運動制御装置の第１実施形態の構成図である。 本発明に係る車両運動制御装置の第１実施形態のフローチャート図である。 本発明に係る車両運動制御装置の第１実施形態による目標軌道取得方法の一例である。 本発明に係る車両運動制御装置の第２実施形態の構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

［実施形態の概要説明］
具体的な実施形態の説明に先立ち、本発明の理解が容易になるよう、まず、図１〜図１１を用いて、４台の隊列走行車両群（車両０、車両１、車両２、車両３）が直線路からカーブ進入、定常旋回状態に至るまでの加速度制御方法について、従来手法１、従来手法２、および本発明手法による方法の違いを比較しながら説明する。なお、本例では、車両の重心点を原点とし、車両の前後方向をx、それに直角な方向（車両の横（左右）方向）をyとした場合、x方向の加速度を前後加速度、y方向の加速度を横加速度とする。また、前後加速度は、車両前方向を正、すなわち車両が前方向に対して進行している際、その速度を増加させる前後加速度を正とする。また、横加速度は、車両が前方向に対して進行している際、左回り（反時計回り）旋回時に発生する横加速度を正とし、逆方向を負とする。また、左回りの旋回半径を正とし、その逆数を車両走行曲率とする。同様に、目標軌道（走行軌跡）に関しても、左回りの旋回半径を正とし、その逆数を目標軌道曲率（走行軌跡の曲率）とする。また、左回り（反時計回り）方向の操舵角を正とする。

従来手法１は、カーブ路に対する前後加速度制御として、旋回開始から定常旋回に至るまで横運動に連係した前後加速度制御として、前記G-Vectoring制御を、隊列内の車両が各車両独自に行うものとする。また、従来手法２としては、隊列内にて速度プロファイルを共有し、隊列内全ての車両において同タイミングで同じ前後加速度制御を行うことで、車間距離を変化させることなく走行するものとする。なお、従来手法２は、カーブ路に対する前後加速度制御としては、従来手法１と同様G-Vectoring制御を行うものとする。

図１は、本実施形態の速度制御の説明に際し、直線区間（曲率0）、緩和曲線区間である曲率単調変化区間（横加速度変化）、曲率一定区間（定常旋回）を持つカーブ路（カーブ区間を含む道路）、およびそこを走行（隊列走行）する車両（車両０、車両１、車両２、車両３）の概念図を示している。各車両は、前後方向（進行方向）に隊列を組み、コース形状（道路形状）に応じた各々の目標軌道（走行軌跡）にしたがって且つ所定の車間距離（d1：車両１-車両０、d2：車両２-車両１、d3：車両３-車両２、例えばd1≒d2≒d3）を保つように走行（隊列走行）するとともに、順次、カーブに進入・退出することになる。

図２（ａ）、（ｂ）は、車両０、車両１、車両２、車両３がそれぞれ図１に示したようなカーブ路を走行する際に、従来手法１、すなわち各車両独自にG-Vectoring制御を行った時の、各車両の前後加速度および横加速度、並びに各車両間の車間距離（車両１-車両０、車両２-車両１、車両３-車両２）を示している。

この場合、図２（ａ）に示すように、車両０、車両１、車両２、車両３それぞれにおいて、走行軌跡の曲率（≒道路曲率）が増加し、横加速度（の絶対値）が増加する区間において、横運動に連係した前後加速度制御（G-Vectoring制御）を行っていることがわかる。この時、先頭車両である車両０から順に負の前後加速度制御を行うこととなるため、図２（ｂ）に示すように、各車両間の車間距離は順次小さな値となっている。

また、図３にこの時の前後加速度と横加速度の関係である“ｇ−ｇ”ダイアグラムを示す。両者の関係を見てみると、全車両で同じ変化となっており、すべての車両において前後加速度から横加速度へスムーズに遷移する運動を実現している。

しかし、図２（ｂ）に示したように、各車両が独自にG-Vectoring制御を行う構成では、カーブ進入時に車間距離が減少するため、隊列走行する車両間での衝突の危険性が高まり、また、それを避けるためには隊列走行時の車間距離を大きくとる必要がある。この場合、隊列走行による輸送密度向上といった効果が小さくなり、各車両が単独で走行するシーンと変わらないものとなってしまう。

図４（ａ）、（ｂ）は、車両０、車両１、車両２、車両３がそれぞれ図１に示したようなカーブ路を走行する際に、従来手法２、すなわち隊列内の車両が同じ速度プロファイルにて前後加速度制御を行った時の、各車両の前後加速度および横加速度、並びに各車両間の車間距離（車両１-車両０、車両２-車両１、車両３-車両２）を示している。

この場合、図４（ａ）に示すように、車両０、車両１、車両２、車両３の全てにおいて、車両０の走行軌跡の曲率（≒道路曲率）が増加し、車両０の横加速度（の絶対値）が増加するタイミングで開始するG-Vectoring制御と同一の前後加速度制御が行われていることがわかる。この時、全車両同時に同じ負の前後加速度制御を行うこととなるため、図４（ｂ）に示すように、各車両間の車間距離は変化することなく、前後加速度制御前の車間距離を維持できている。

また、図５にこの時の前後加速度と横加速度の関係である“ｇ−ｇ”ダイアグラムを示す。両者の関係を見てみると、車両０では前後加速度から横加速度へスムーズに遷移する運動を実現しているものの、後続の車両（車両１、車両２、車両３）になるほど横加速度が小さい領域で発生する負の前後加速度が大きくなり、前後加速度と横加速度が連係しない区間が増加する。

本発明では、隊列走行時の車間距離を適切に保ちながら、カーブ路走行時の隊列内の全ての車両の乗り心地が好適となるよう、すべての車両で横運動に連係した前後運動となる前後加速度制御を行う手法を提案する。

以下、図７（ａ）、（ｂ）、図８（ａ）〜（ｃ）を用いて、本発明における前後加速度制御の特徴を説明する。図７（ａ）、（ｂ）、図８（ａ）〜（ｃ）の説明において、図６に示すように、隊列内の複数台の車両で、先行して走行する先行車両を車両ｎ、車両ｎに追従走行（車両ｎの後方を走行）する後続車両を車両ｎ＋１とし、両者の車間距離をdn+1としている（ここでｎは0以上の整数）。

初めに図７（ａ）、（ｂ）を用いて、直進状態から定常旋回状態へと遷移する走行シーン（図１のａ手前〜図１のｂ）における前後加速度制御を説明する。図７（ａ）は、隊列内の車両ｎおよび車両ｎの後続車両である車両ｎ＋１の、横加速度および前後加速度の時間変化、図７（ｂ）は、両者の車間距離dn+1の時間変化を示している。図７（ａ）に示す通り、車両ｎ、車両ｎ＋１それぞれにおいて、カーブ進入（走行軌跡の曲率（≒道路曲率）が増加）、すなわち横加速度が発生する前（車両ｎにおいて時刻ｔ３の前、車両ｎ＋１において時刻ｔ４の前）から、定常旋回（走行軌跡の曲率（≒道路曲率）が一定）、すなわち横加速度が略一定となる時刻（車両ｎにおいて時刻ｔ５、車両ｎ＋１において時刻ｔ６）まで、連続的に負の前後加速度を発生（つまり、減速）していることがわかる。ここで、本発明において、後続の車両である車両ｎ＋１は、その横加速度の絶対値が増加、すなわち旋回を開始する前に減速を開始し、減速を開始する時刻ｔ１での前後加速度が、同時刻における車両ｎに発生する前後加速度よりも小さい。すなわち、同時刻で後続車両である車両ｎ＋１に発生する減速度が先行車両である車両ｎに発生する減速度よりも大きくなるよう、前後加速度制御を行うことを特徴とする。

より詳細には、後で説明するように、後続の車両である車両ｎ＋１は、車両ｎの走行情報を取得可能であり、車両ｎの横加速度の絶対値が増加、すなわち車両ｎの走行軌跡の曲率（≒道路曲率）が増加して旋回を開始する時刻ｔ３よりも前の時刻ｔ１に、負の前後加速度を発生させて減速を開始する。また、図７（ａ）に示す例では、時刻ｔ１よりも後かつ時刻ｔ３よりも前の時刻ｔ２に、車両ｎも、その横加速度の絶対値が増加、すなわち旋回を開始する前に負の前後加速度を発生させて減速を開始するが、時刻ｔ３における車両ｎの速度より、同時刻（時刻ｔ３）における車両ｎ＋１の速度が小さくなるよう、時刻ｔ１から時刻ｔ３の間に、車両ｎおよび車両ｎ＋１に負の前後加速度を発生させて減速する。

これにより、図７（ｂ）に示すように、両者の車間距離dn+1を増加させる。

その後、先行する車両ｎがカーブに進入する時刻ｔ３から、走行軌跡の曲率が増加して横加速度の絶対値が増加し、走行軌跡の曲率が一定になって定常旋回に至る時刻ｔ５の区間において、車両ｎは、例えばG-Vectoring制御のような横運動に連係した前後運動となるような前後加速度制御を行う。更に、後続する車両ｎ＋１においても、カーブに進入する時刻ｔ４から、走行軌跡の曲率が増加して横加速度の絶対値が増加し、走行軌跡の曲率が一定になって定常旋回に至る時刻ｔ６の区間において、例えばG-Vectoring制御のような横運動に連係した前後運動となるような前後加速度制御を行う。この時に車両ｎに発生する減速度が、車両ｎ＋１に発生している減速度よりも大きければ（例えば、図７（ａ）に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ５の区間に発生する車両ｎの前後加速度の最小値よりも、時刻ｔ４から時刻ｔ６の区間に発生する車両ｎ＋１の前後加速度の最小値が大きくなるように制御すれば）、両者の車間距離dn+1は減少し始める。ここでは、車両ｎの横加速度の絶対値が増加、かつ、車両ｎ＋１の横加速度の絶対値が増加する区間（時刻ｔ４から時刻ｔ５の区間）において、両者の車間距離dn+1が減少するよう、車両ｎおよび/または車両ｎ＋１の（負の）前後加速度が制御されている。

ここで、カーブに対する前後加速度制御開始前、すなわち車両ｎ＋１の減速開始時刻ｔ１より前の時刻において、両者の速度が同じである時、車両ｎの時刻ｔ２から時刻ｔ５までの前後加速度の積分値と、車両ｎ＋１の時刻ｔ１から時刻ｔ６までの積分値が同じであれば、両者の定常旋回時の速度は同速度となり、同じ横加速度での旋回となる。更に、両者の相対速度ΔVn+1の時刻ｔ１から時刻ｔ６の間の積分値がゼロとなるように両者の前後加速度制御を行うことで、車両ｎ＋１が定常旋回を開始する時刻ｔ６で、両者の車間距離dn+1は、時刻ｔ１以前の車間距離と同距離にすることができる。

これにより、車両ｎ、車両ｎ＋１それぞれに横運動に連係した前後運動を発生する前後加速度制御を実現しながら、例えば定常旋回時の車間距離を旋回開始前の車間距離とすることができる。

次に図８（ａ）〜（ｃ）を用いて、定常旋回状態から直進状態へと遷移する走行シーン（図１のｂ〜図１のｄ以降）における前後加速度制御を説明する。本走行シーンでは、横運動に連係した正の前後加速度制御に加え、車両ｎ、および車両ｎ＋１の車間距離を目標値（目標車間距離）とする前後加速度制御、並びに、車両ｎ、および車両ｎ＋１の速度を目標値（目標速度）とする前後加速度制御を合わせて行う。図８（ａ）は、隊列内の車両ｎおよび車両ｎの後続車両である車両ｎ＋１の、横加速度および前後加速度の時間変化、図８（ｂ）は、両者の車間距離dn+1の時間変化、図８（ｃ）は、両者の速度の時間変化を示している。図８（ａ）に示す通り、車両ｎ、車両ｎ＋１それぞれにおいて、略一定の横加速度となっている定常旋回（走行軌跡の曲率（≒道路曲率）が一定）（車両ｎにおいて時刻ｔ７、車両ｎ＋１において時刻ｔ８）から、横加速度がゼロとなる時刻（車両ｎにおいて時刻ｔ９、車両ｎ＋１において時刻ｔ１０）まで、連続的に正の前後加速度を発生（つまり、加速）していることがわかる。また、どちらの車両も、その走行軌跡の曲率が減少してその横加速度の絶対値が減少し始める時刻ｔ７（車両ｎ）、ｔ８（車両ｎ＋１）から、発生する正の前後加速度を増加させ、その後、図８（ｃ）に示す速度が目標速度に近づくにつれて、正の前後加速度を減少させる。

この時の車両ｎおよび車両ｎ＋１の前後加速度を比較すると、正の前後加速度が発生する時刻は、先行する車両ｎ（時刻ｔ７）の方が、後続する車両ｎ＋１（時刻ｔ８）よりも早い。つまり、後で説明するように、先行する車両ｎは、後続する車両ｎ＋１の走行情報を取得可能であり、後続する車両ｎ＋１の走行軌跡の曲率が減少して横加速度の絶対値が減少し始める時刻ｔ８よりも前の時刻ｔ７に、当該車両ｎに正の前後加速度を発生させる。また、時刻ｔ８における車両ｎの速度より、同時刻（時刻ｔ８）における車両ｎ＋１の速度が小さくなるよう、時刻ｔ７から時刻ｔ８の間に、車両ｎおよび車両ｎ＋１に正の前後加速度を発生させて加速する。なお、図８（ａ）に示す例では、この区間の車両ｎ＋１の前後加速度がゼロであるが、必ずしもゼロである必要は無い。また、後続する車両ｎ＋１が目標速度へ到達し、その前後加速度がゼロとなる時刻ｔ１１は、先行する車両ｎが目標車速に到達し、その前後加速度がゼロとなる時刻ｔ１２よりも早い。また、旋回過渡期（走行軌跡の曲率が一定の定常旋回状態から走行軌跡の曲率が減少して横加速度の絶対値がゼロとなる直進状態）（車両ｎにおいて時刻ｔ７から時刻ｔ９、車両ｎ＋１において時刻ｔ８から時刻ｔ１０）に発生する前後加速度の最大値は、後続車両である車両ｎ＋１の方が先行車両である車両ｎよりも大きくなるように（図８（ａ）の時刻ｔ９付近参照）、両者の（正の）前後加速度制御を行う。また、ここでは、後続車両である車両ｎ＋１の走行軌跡の曲率が減少して横加速度の絶対値が減少し、その横加速度の絶対値（もしくは走行軌跡の曲率）が直進走行とみなせる値（ここでは、約ゼロであって予め設定された値）以下となる時刻ｔ１０において、車両ｎ＋１の速度が車両ｎの速度よりも大きくなるよう、車両ｎ＋１および/または車両ｎの（正の）前後加速度が制御されている（図８（ｃ）参照）。

これにより、図８（ｂ）に示すように、両者の車間距離dn+1を最初に増加させ（図８（ｂ）に示す例では、時刻ｔ９と時刻ｔ１０の途中まで増加）、その後、後続車両ｎ＋１の加速に応じて両者の車間距離dn+1が減少する。

ここで、車両ｎの時刻ｔ７から時刻ｔ１２までの前後加速度の積分値、および車両ｎ＋１の時刻ｔ８から時刻ｔ１１までの積分値は、それぞれ正の前後加速度制御開始前の速度と目標速度の差分となるよう設定し、更に両者の相対速度ΔVn+1の時刻ｔ７から時刻ｔ１２の間の積分値と時刻ｔ７における車間距離の和が（カーブ後の）直進走行時の目標車間距離となるよう前後加速度制御を行うことで、車両ｎ、および車両ｎ＋１がそれぞれカーブに対する前後加速度制御が終了した際に、目標とする車間距離での走行を継続することができる。

このように、定常旋回から直進走行へと遷移する際の、横運動に連係した正の前後加速度制御に、車両ｎ、および車両ｎ＋１の車間距離を目標値とする前後加速度制御、並びに、車両ｎ、および車両ｎ＋１の速度を目標値とする前後加速度制御を考慮することで、それぞれ個別に前後加速度制御を行う場合よりも、前後加速度の増減回数を減少することができ、乗員の乗り心地向上が期待できる。

図９に、図７（ａ）、（ｂ）、図８（ａ）〜（ｃ）に示した本発明の前後加速度制御を行った際の前後加速度と横加速度の関係である“ｇ−ｇ”ダイアグラムを示す。この図９から、先行する車両ｎと後続の車両ｎ＋１の両者とも、原点から左回りの円を描くように前後加速度と横加速度の関係が遷移しており、車両ｎ、車両ｎ＋１のどちらの車両に対しても、横運動と前後運動が連係した乗り心地が好適となる加速度変化を提供することができている。

前記した本発明の効果を確認するため、図１０（ａ）、（ｂ）、図１１に、図１に示した４台の隊列走行に本発明による前後加速度制御を提供した例を示す。図１０（ａ）、（ｂ）は、車両０、車両１、車両２、車両３の前後加速度および横加速度、並びに各車両間の車間距離（車両１-車両０、車両２-車両１、車両３-車両２）を示し、図１１は、この時の車両０、車両１、車両２、車両３の前後加速度と横加速度の関係（“ｇ−ｇ”ダイアグラム）を示している。

図１０（ａ）に示すように、カーブ路に進入・退出する車両０、車両１、車両２、車両３それぞれにカーブ路に対する異なる前後加速度制御が行われており、その結果、図１０（ｂ）に示すように、各車両間の車間距離（車両１-車両０、車両２-車両１、車両３-車両２）は、旋回開始前から旋回終了まで２回の増減を繰り返し（具体的には、一旦車間距離をあけた後、そのあけた分の車間距離をつめる動作を行い）、最終的に初期の車間距離d0に収束している。なお、図１０（ａ）に示す例では、先頭車両がカーブ路に対する減速を開始するシーンで、隊列最後尾の車両から順次負の前後加速度を発生させて減速を開始しているが、後述するように、後方の車両ほど発生する前後加速度が小さく（減速度が大きく）なるように制御してもよい。また、この時の前後加速度と横加速度の関係は、図１１に示すように、隊列内全ての車両（車両０、車両１、車両２、車両３）において、原点から円を描くような形状となっていることがわかる。

このように、本発明の前後加速度制御により、隊列走行によるカーブ路通過時においても、車間距離を所定以上に保ちながら、隊列内のすべての車両に横運動と前後運動が連係した乗り心地が好適となる加速度変化を提供することが可能となる。

なお、隊列走行時におけるカーブ路通過時の前後加速度制御方法は、ここに示した方法に限定するものではなく、隊列内を先行して走行する車両ｎと前記車両ｎに後続する車両ｎ＋１の車間距離dn+1が、前記車両ｎ＋１の横加速度の絶対値、もしくは走行軌跡（道路軌跡上で車両ｎ＋１が走行すべき軌跡）の曲率（≒道路曲率）が増加する前に、両者の車間距離が増加するように、車両ｎ＋１、もしくは車両ｎと車両ｎ＋１の両方の前後加速度を制御し、前記車両ｎ＋１の横加速度の絶対値、もしくは走行軌跡の曲率が増加し始める際に（つまり、前記車両ｎおよび前記車両ｎ＋１の横加速度の絶対値、もしくは走行軌跡の曲率が増加する区間以降で）、車両ｎ＋１の速度が車両ｎの速度よりも小さくなるよう、車両ｎおよび車両ｎ＋１の前後加速度を制御する方法であればよい。また、隊列内を先行して走行する車両ｎと後続の車両ｎ＋１の車間距離dn+1が、後続の前記車両ｎ＋１の横加速度の絶対値、もしくは走行軌跡の曲率（≒道路曲率）が減少する前に、両者の車間距離が増加するように、車両ｎ、もしくは車両ｎと車両ｎ＋１の両方の前後加速度を制御し、前記車両ｎ＋１の横加速度の絶対値、もしくは走行軌跡の曲率が減少し始める際に（つまり、前記車両および前記車両ｎ＋１の横加速度の絶対値、もしくは走行軌跡の曲率が減少する区間以降で）、車両ｎ＋１の速度が車両ｎの速度よりも小さくなるよう、車両ｎおよび車両ｎ＋１の前後加速度を制御する方法であればよい。前記図７（ａ）に示した以外の方法として、例えば図７（ａ）における時刻ｔ１および時刻ｔ２を同じタイミングとし、車両ｎ＋１に発生させる負の前後加速度を、車両ｎに発生させる負の前後加速度よりも小さな値（大きな減速度）とすることで、後続の車両ｎ＋１の横加速度の絶対値が増加する前に両者の車間距離dn+1を大きくする方法であってもよい。また、前記図８（ａ）に示した以外の方法として、例えば図８（ａ）において、時刻ｔ７よりも早いタイミングで、車両ｎに、車両ｎ＋１（ここでの前後加速度はゼロでなくてもよい）よりも大きな前後加速度を発生させることで、車両ｎ＋１の横加速度の絶対値が減少する前に両者の車間距離dn+1を大きくする方法であってもよい。

［第１実施形態］
以下、図１２〜図１５を用いて、本発明の第１実施形態による車両運動制御装置の構成及び動作について説明する。本第１実施形態は、前述した本発明の前後加速度制御を実行可能な車両運動制御装置が、隊列内の車両（後続車両、先行車両、またはその両者）に搭載され、該車両運動制御装置が搭載された車両（以下、自車両ということがある）外の車両（以下、他車両ということがある）の走行情報を取得して、自車両の加速度（前後加速度、横加速度）を自動的に制御するものである。

最初に、図１２、図１３を用いて、本発明の第１実施形態による車両運動制御装置を搭載した車両および当該車両運動制御装置の構成について説明する。

図１２は、本発明の第１実施形態による車両運動制御装置を搭載した車両の構成図を示したものである。

本実施形態の車両運動制御装置１は車両２１に搭載されるものであり、車両運動状態情報を取得するセンサ（加速度センサ２、ジャイロセンサ３、車輪速センサ８）、ドライバ操作情報を取得するセンサ（操舵角センサ５、ブレーキペダルセンサ１７、アクセルペダルセンサ１８）、自車両走行路情報を取得するセンサ（コース形状取得センサ６、自車両位置検出センサ９、外界情報検出センサ１９）、自車両外の制御機器と通信することで情報の送受信を行う車外通信ユニット２０などから得られる各種情報に基づいて、加速度制御に必要な演算を行い、その演算結果に基づいて、車両に発生する前後加速度および/もしくは横加速度を制御可能なアクチュエータ（ブレーキアクチュエータ１１、駆動アクチュエータ１３、舵角制御アクチュエータ１６）の駆動制御を行う各制御ユニット（ブレーキ制御ユニット１０、駆動トルク制御ユニット１２、舵角制御ユニット１５）に通信ライン１４を通じて制御指令値を送信する。

ここで、前記車両運動状態情報を取得するセンサとして、車両速度、前後加速度、横加速度、ヨーレイトを取得できるセンサ、もしくは手段であればよく、上記センサ構成に限定するものではない。例えばグローバルポジショニングシステム（GPS）により得られる位置情報を微分することで、車両速度を取得してもよい。また、カメラのような画像取得センサを用いて車両のヨーレイト、前後加速度、横加速度を取得してもよい。また、前記車両運動制御装置１が直接センサの入力を持たなくともよい。例えば別な制御ユニット（例えばブレーキ制御ユニット１０）から通信ライン１４を通じて必要な情報を取得してもよい。

ドライバ操作情報を取得するセンサとして、ドライバによるステアリングホイール４の操作量、図示していないブレーキペダルおよびアクセルペダルの操作量を取得できればよく、上述の車両運動状態情報の取得同様、前記車両運動制御装置１が直接センサの入力を持たなくともよい。例えば別な制御ユニット（例えばブレーキ制御ユニット１０）から通信ライン１４を通じて必要な情報を取得してもよい。

自車両走行路情報を取得するセンサとして、グローバルポジショニングシステム（GPS）を自車両位置検出センサ９として用い、外界情報検出センサ１９として、カメラやレーダ等、自車両周辺の障害物を検出して走行可能な領域を検出可能なセンサを用い、コース形状取得センサ６として、ナビゲーションシステムのような自車両の走行経路情報を取得できるものを利用できる。ここで、自車両走行路情報を取得するセンサとして、自車両の進行方向におけるコース形状（道路形状ともいう）および外界情報（走行可能領域）が取得できる手段であればよく、これらセンサに限定するものではない。例えばデータセンタや路上に設置された道路情報を送信する機器との通信により自車両前方のコース形状を取得する方法であってもよいし、カメラのような撮像手段により自車両前方もしくは周囲、またはその両方の画像を取得し、自車両前方のコース形状を取得する方法であってもよい。また、これら手段のいずれか、もしくはその組み合わせにより、自車両進行方向のコース形状を演算するユニットから通信ライン１４を通じて取得する方法であってもよい。

車外通信ユニット２０は、無線もしくは有線による通信により、車両外に設置されている制御装置との通信により信号の送受信を行うものであり、通信方法としては、セルラー回線もしくWiFi（登録商標）等の無線通信手段による通信方法であっても、他車両もしくは路面側インフラシステムと電信ケーブルを介した直接接触による通信方法であってもよい。この車外通信ユニット２０を介して、車両運動制御装置１は、隊列内を走行する自車両外の他車両の走行情報（他車両情報）を取得（受信）し、当該自車両の走行情報（自車両情報）を他車両に出力（送信）する。ここで、走行情報（他車両情報、自車両情報）には、走行軌跡、速度、前後加速度制御計画、車間距離などが含まれる。また、車両運動制御装置１は、この車外通信ユニット２０によるデータセンタとの通信により、車両２１が走行する路面の過去の走行データ軌跡を取得してもよい。なお、他車両情報は、前記車外通信ユニット２０を用いず、車両２１に搭載されている前記外界情報検出センサ１９としてのカメラやレーダ等を用いて取得してもよい。

前記車両２１に発生する前後加速度を制御可能な加減速アクチュエータ（ブレーキアクチュエータ１１、駆動アクチュエータ１３）は、タイヤ７と路面間に発生する力を制御することで当該車両２１に発生する前後加速度を制御可能なアクチュエータであり、例えば、燃焼状態を制御することでタイヤ７にかかる制駆動トルクを制御し、車両２１の前後加速度を制御可能な燃焼エンジン、もしくは電流を制御することでタイヤ７にかかる制駆動トルクを制御し、車両２１の前後加速度を制御可能な電動モータ、もしくは動力を各車輪に伝達する際の変速比を変えることで車両２１の前後加速度を制御可能な変速機、もしくは各車輪のブレーキパッドにブレーキディスクを押しつけることで車両２１に前後加速度を発生させる摩擦ブレーキといった、前後加速度を制御可能な加減速アクチュエータを適用することができる。

また、車両運動制御装置１は、記憶領域、演算処理能力、および信号の入出力手段等を有する演算装置を備えており、前記車両運動状態情報、前記ドライバ操作情報、前記自車両走行路情報などにより得られた各種情報から車両２１に発生させる前後加速度指令値を演算し、前記前後加速度指令値となる前後加速度を発生し得る前記加減速アクチュエータを前後加速度発生手段として、前記加減速アクチュエータ（ブレーキアクチュエータ１１、駆動アクチュエータ１３）の駆動制御器（ブレーキ制御ユニット１０、駆動トルク制御ユニット１２）へ前記前後加速度指令値を送る。また、前記車両運動状態情報、前記ドライバ操作情報、前記自車両走行路情報などにより得られた各種情報から車両２１に発生させる横運動指令値を演算し、前記横運動を発生し得る舵角制御アクチュエータ１６を旋回運動発生手段として、前記舵角制御アクチュエータ１６の駆動制御器（舵角制御ユニット１５）へ前記横運動指令値としての舵角指令値を送る。

ここで、車両運動制御装置１から送る信号は前後加速度そのものではなく、前記加減速アクチュエータによって前記前後加速度指令値を実現し得る信号であればよい。同様に、車両運動制御装置１から送る信号は舵角そのものではなく、前記舵角制御アクチュエータ１６により、舵角指令値を実現し得る信号であればよい。

例えば、前記加減速アクチュエータが燃焼エンジンである場合、前記前後加速度指令値を実現し得る制駆動トルク指令値を駆動トルク制御ユニット１２へ送る。また、駆動トルク制御ユニット１２を介さず、前後加速度指令値を実現する燃焼エンジンの駆動信号を、燃焼エンジンの制御アクチュエータに直接送ってもよい。また、油圧によりブレーキパッドをブレーキディスクに押し付ける油圧式摩擦ブレーキを用いる場合、前後加速度指令値を実現する油圧指令値をブレーキ制御ユニット１０へ送る。また、ブレーキ制御ユニット１０を介さず、前後加速度指令値を実現する油圧式摩擦ブレーキ駆動アクチュエータの駆動信号を油圧式摩擦ブレーキ駆動アクチュエータに直接送ってもよい。

また、前後加速度指令値を実現する際に、前後加速度指令値に応じて駆動制御を行う前記加減速アクチュエータを変更してもよい。

例えば、前記燃焼エンジンと油圧式摩擦ブレーキを前記加減速アクチュエータとして持つ場合、前記前後加速度指令値が前記燃焼エンジンの制駆動トルク制御により実現できる範囲であれば、前記燃焼エンジンを駆動制御し、前記前後加速度指令値が前記燃焼エンジンの制駆動トルク制御で実現できない範囲の負の値である場合、前記燃焼エンジンと合わせて油圧式摩擦ブレーキを駆動制御する。また、前記電動モータと前記燃焼エンジンを前記加減速アクチュエータとして持つ場合、前記前後加速度の時間変化が大きい場合は前記電動モータを駆動制御し、前記前後加速度の時間変化が小さい場合は前記燃焼エンジンを駆動制御するようにしてもよい。また、通常時は前記前後加速度指令値を電動モータにより駆動制御し、バッテリーの状態等により電動モータにより前後加速度指令を実現できない場合、他の加減速アクチュエータ（燃焼エンジン、油圧式摩擦ブレーキ等）を駆動制御するようにしてもよい。

また、通信ライン１４として、信号によって異なる通信ラインおよび通信プロトコルを用いてもよい。例えば大容量のデータをやり取りする必要のある自車両走行路情報を取得するセンサとの通信にイーサネットを用い、各アクチュエータとの通信にはCAN（Controller Area Network）を用いる構成であってもよい。

図１３は、本発明の第１実施形態による車両運動制御装置１の構成図を示したものである。以下では、主に、前述した車両運動制御装置１がカーブ路走行時のコース形状（道路形状）などに応じて自車両（車両２１）の加速度（前後加速度、横加速度）を自動的に制御するための構成について説明する。

図示するように、車両運動制御装置１は、目標軌道取得部１ａ、車両運動状態取得部１ｂ、他車両情報取得部１ｃ、車両運動制御演算部１ｄ、制御指令送信部１ｅ、および制御計画送信部１ｆからなる。

目標軌道取得部１ａでは、前記自車両走行路情報（コース形状、外界情報）、および車両運動状態情報から、車両２１を走行させるための目標軌道（走行軌跡）および走行可能領域を取得する。ここで、目標軌道（走行軌跡）は、コース（道路）軌跡上で自車両が走行すべき軌道であり、目標軌道の作成方法としては、自車両が走行するコース形状から目標軌道を作成する方法であってもよいし、車外通信ユニット２０によるデータセンタとの通信により、自車両が走行する路面の過去の走行データ軌跡を取得し、その軌跡に基づいて作成する方法であってもよい。

車両運動状態取得部１ｂでは、前記車両運動状態情報から、車両２１の運動状態（走行速度、旋回状態、ドライバ操作量等）を取得する。

他車両情報取得部１ｃでは、車外通信ユニット２０による通信などにより、隊列内を走行する他車両の走行情報（他車両情報）を取得する。他車両情報取得部１ｃは、他車両情報として、隊列内の自車両の先行車両、もしくは自車両の後続車両、もしくはその両方の、走行軌跡、速度、前後加速度制御計画、および車間距離などを取得する。ここで、他車両の速度、車間距離などについては、前記車外通信ユニット２０を用いず、自車両に搭載されている前記外界情報検出センサ１９を用いて取得してもよい。また、他車両情報取得部１ｃは、他車両情報として、前記情報に加え、隊列継続可否フラグを受け取ってもよい。

車両運動制御演算部１ｄでは、前記目標軌道取得部１ａ、前記車両運動状態取得部１ｂ、および前記他車両情報取得部１ｃにより得られた情報に基づいて、前記前後加速度制御を自車両搭載のアクチュエータにて実現するための前後加速度指令値、および自車両のカーブ路に対する前後加速度制御計画を演算し（後で詳述）、前記前後加速度指令値の演算結果を制御指令送信部１ｅに送り、前記前後加速度制御計画の演算結果を制御計画送信部１ｆに送る。

ここで、前後加速度に加え、横加速度も本車両運動制御装置１にて制御する場合、車両運動制御演算部１ｄにて、前記目標軌道取得部１ａ、前記車両運動状態取得部１ｂ、および前記他車両情報取得部１ｃにより得られた情報に基づいて、自車両搭載のアクチュエータにて目標軌道を追従する舵角指令値を演算し、前記制御指令送信部１ｅに送る。

制御指令送信部１ｅでは、前記車両運動制御演算部１ｄにより作成された前後加速度指令値、もしくは前後加速度指令値と舵角指令値の両方に基づいて、前記前後加速度および/もしくはタイヤ実舵角を制御可能なアクチュエータ（ブレーキアクチュエータ１１、駆動アクチュエータ１３、舵角制御アクチュエータ１６）の駆動制御を行う各制御ユニット（ブレーキ制御ユニット１０、駆動トルク制御ユニット１２、舵角制御ユニット１５）に制御指令値を送る。

一方、制御計画送信部１ｆでは、前記車両運動制御演算部１ｄにより作成された前後加速度制御計画を、前記車外通信ユニット２０に送り、車外通信ユニット２０により、前記前後加速度制御計画などを含む自車両の走行情報（自車両情報）を隊列内の他車両（に搭載された車両運動制御装置１）に送信する。

図１４は、第１実施形態の前記車両運動制御装置１におけるフローチャートを示したものである。

Ｓ０００では、車両運動制御装置１（の目標軌道取得部１ａ、車両運動状態取得部１ｂ、他車両情報取得部１ｃ）は、上述のように目標軌道、走行可能範囲、車速制御範囲、車両運動状態、先行車両走行軌跡、先行車両速度、先行車両前後加速度制御計画、先行車両車間距離、後続車両走行軌跡、後続車両速度、後続車両前後加速度制御計画、後続車両車間距離（必要に応じて、最大前後加速度、最小前後加速度、目標車間距離）などを取得する。ここで、目標軌道は、図１５に示すように、車両重心位置を原点とし、車両速度ベクトルの方向を正としたXv軸、それと直行するYv軸を取った座標上のノード点位置データNP_n（Xv_n，Yv_n）として変換される。nは、最も車両に近い点を０とし、自車両進行方向に向かって1、2・・・、nmaxと増加する整数である。また、nmaxは取得可能なノード点位置データ番号nの最大値である。また、NP₀のYv軸成分であるYv₀は、車両の横方向偏差となる。また、各ノード点はノード点位置における走行可能範囲、および車速制御範囲といった情報も合わせて持つものとする。また、車両運動制御装置１は、隊列走行において自車両が隊列最前部であり、先行車両がない場合、先行車両情報として“先行車両なし”という情報を取得し、自車両が隊列最後部であり、後続車両がない場合、後続車両情報として“後続車両なし”という情報を取得する。

Ｓ１００では、車両運動制御装置１（の車両運動制御演算部１ｄ）は、先行車両前後加速度制御計画の有無を判定する。ここで、先行車両前後加速度制御計画がない場合、すなわち自車両が隊列最前部である場合、Ｓ１１０に進む。また、先行車両前後加速度制御計画が有る場合、Ｓ２００に進む。

Ｓ１１０では、車両運動制御装置１（の車両運動制御演算部１ｄ）は、前後加速度演算１として、目標軌道、走行可能範囲、車速制御範囲、車両運動状態から、前後加速度指令値および前後加速度制御計画を演算する。例えば車両速度が車速制御範囲を超えて高い場合、車両運動制御装置１（の車両運動制御演算部１ｄ）は、車両速度が車速制御範囲に収まるよう、負の前後加速度指令値を演算する。また、目標軌道がカーブ路形状（走行路の道路曲率（≒走行軌跡の曲率）の絶対値が増加して最大値もしくは略一定に至る形状、もしくは、走行路の道路曲率（≒走行軌跡の曲率）の絶対値が最大値もしくは略一定から減少する形状）となっており、カーブ路に応じた加減速制御をおこなう場合、カーブ路形状に基づいた前後加速度指令値が演算される。例えば、車両運動制御装置１（の車両運動制御演算部１ｄ）は、走行路の道路曲率（≒走行軌跡の曲率）の絶対値が増加し、車両に発生する横加速度の絶対値が増加する区間において負の前後加速度を発生（減速）させ、横加速度の時間変化が大きいほど、発生する前後加速度が小さくなるよう、前後加速度値を制御する（図７（ａ）、図１０（ａ）参照）。また、車両運動制御装置１（の車両運動制御演算部１ｄ）は、走行路の道路曲率（≒走行軌跡の曲率）の絶対値が減少し、車両に発生する横加速度の絶対値が減少する区間において正の前後加速度を発生（加速）させ、横加速度の時間変化が大きいほど、発生する前後加速度が大きくなるよう前後加速度値を制御する（図８（ａ）、図１０（ａ）参照）。演算後、Ｓ４００に進む。

Ｓ２００では、車両運動制御装置１（の車両運動制御演算部１ｄ）は、Ｓ１００で判定した先行車両前後加速度制御計画にカーブ情報、すなわち、カーブ路に対する前後加速度制御計画の有無を判定する。ここで取得する前後加速度制御計画としては、現時刻から所定時刻先までの前後加速度プロファイルと前記前後加速度プロファイルにカーブ路に起因した前後加速度制御計画フラグを付記したものであってもよいし、前記ノード点位置情報と各ノード点位置での速度プロファイルもしくは前後加速度プロファイルに、カーブ路に起因して設定されたプロファイル情報に当該情報を付記したものであってもよく、先行車両のカーブ路に対する前後加速度制御計画が分かる方法であればよい。前記カーブ情報がない場合、Ｓ２１０に進む。また、前記カーブ情報がある場合、Ｓ３００に進む。

Ｓ２１０では、車両運動制御装置１（の車両運動制御演算部１ｄ）は、前後加速度演算２として、先行車両前後加速度制御計画に基づいて、自車両の前後加速度指令値および前後加速度制御計画を演算する。具体的には、車両運動制御装置１（の車両運動制御演算部１ｄ）は、自車両と先行車両の車間距離を維持するよう、先行車両との相対速度がゼロとなる前後加速度指令値および前後加速度制御計画、もしくは自車両と先行車両の車間距離が目標車間距離となる前後加速度指令値および前後加速度制御計画を演算する。ここで、前記目標車間距離は、予め隊列内の各車両に設定される値であってもよいし、前記車外通信ユニット２０により取得される値であってもよい。また、前記目標車間距離は、隊列走行の各車両に発生可能な最大前後加速度および/または最小前後加速度に応じて変更してもよい。演算後、Ｓ４００に進む。

Ｓ３００では、車両運動制御装置１（の車両運動制御演算部１ｄ）は、前後加速度演算３として、先行車両前後加速度制御計画および自車両進行方向のカーブ情報に基づいて、自車両の前後加速度指令値および前後加速度制御計画を演算する。具体的には、車両運動制御装置１（の車両運動制御演算部１ｄ）は、前述のように自車両の走行軌跡の曲率が増加または減少して自車両に発生する横加速度の絶対値が増加または減少する前に自車両と先行車両の車間距離が増加し、自車両および先行車両の走行軌跡の曲率が略一定となって自車両および先行車両の横加速度が略一定となる領域で、車間距離が（減少して）前記目標車間距離となるよう、前後加速度指令値、および、カーブ路に起因した前後加速度制御フラグを付記した前後加速度制御計画を演算する。なお、ここでの具体的な演算手法は、図６〜図１１に基づく説明を併せて参照されたい。演算後、Ｓ４００に進む。

Ｓ４００では、車両運動制御装置１（の制御指令送信部１ｅ）は、前記前後加速度指令値に基づいて、各アクチュエータの制御指令値を演算して送信する。例えば、電動モータを用いて前後加速度を制御する場合、前記前後加速度を車両に発生させる制駆動トルク指令値を電動モータの制御コントローラに送る。また、車両運動制御装置１（の制御計画送信部１ｆ）は、前記前後加速度制御計画を、前記車外通信ユニット２０を介して後続車両に送信する。

以上で説明したように、本第１実施形態では、複数台の車両が隊列を組んで所定の車間距離を保つように走行する隊列走行において、先行車両と後続車両の車間距離が、後続車両の横加速度の絶対値、もしくは後続車両の走行軌跡の曲率が増加または減少する前に増加し、先行車両および後続車両の横加速度の絶対値、もしくは先行車両および後続車両の走行軌跡の曲率が増加または減少する区間以降で減少するよう、先行車両または後続車両の少なくとも一方の前後加速度を制御する。より詳しくは、隊列走行する車両の走行情報を車両間で送受信し、後続車両の横加速度の絶対値、もしくは後続車両の走行軌跡の曲率が増加または減少する前に、前記車間距離が増加するよう、先行車両または後続車両の少なくとも一方の前後加速度を制御し、先行車両および後続車両の横加速度の絶対値、もしくは先行車両および後続車両の走行軌跡の曲率が増加または減少する区間以降で、前記車間距離が減少するよう、先行車両および後続車両の前後加速度を制御する。

換言すれば、先行車両に追従した隊列走行実行時に、先頭車両がカーブ路に対する減速を開始するシーンで、隊列最後尾の車両から負の前後加速度を発生（減速）させる、もしくは、後方の車両ほど発生する前後加速度が小さく（減速度が大きく）なるよう、各車両の前後加速度を制御する。また、車両に発生する横加速度の絶対値が増加、もしくは車両走行位置での道路曲率もしくは車両の走行軌跡の曲率が増加する区間に発生する前後加速度の最小値（最大減速度）は、先頭の車両ほど小さく（最大減速度が大きく）、車両に発生する横加速度の絶対値が減少、もしくは車両走行位置での道路曲率もしくは車両の走行軌跡の曲率が減少する区間に発生する前後加速度の最大値（最大加速度）は、後方の車両ほど大きく（最大加速度が大きく）なるよう、各車両の前後加速度を制御する。

これにより、例えば直線区間を隊列走行してきた車両群が定常旋回状態に至るまでの間に発生する前後加速度と横加速度の関係を、隊列内全ての車両に対し好適に変化するよう制御することができ、各車両の乗員の快適性を向上する効果が期待できる。

［第２実施形態］
次に、図１６を用いて、本発明の第２実施形態による車両運動制御装置の構成及び動作について説明する。上述した第１実施形態では、車両運動制御装置１が車両２１に搭載され、隊列車両内の車両２１が、（車外通信ユニット２０による）他車両との通信により、カーブ路を通過する際に、先行車両の前後加速度制御計画およびカーブ情報に基づいて車両２１の前後加速度を制御して本発明の前後加速度制御を実現する方法を示した。一方、本第２実施形態では、車両運動制御装置１Ａが、隊列車両内の各車両の走行情報を共有し、隊列車両内の各車両の前後加速度を個別に制御して本発明の前後加速度制御を実現する方法を示す。

図１６は、本発明の第２実施形態による車両運動制御装置１Ａの構成図を示したものである。なお、図１６に示す例では、車両運動制御装置１Ａは車両２１_ｎの外部に備えられているが、上記第１実施形態と同様、隊列走行をする車両２１_ｎ内に配備してもよい。また、車両２１_ｎを外部から制御するコントロールセンタの制御器内に配備してもよい。

本実施形態では、車両運動制御装置１Ａは、記憶領域、演算処理能力、および信号の入出力手段等を有する演算装置を備えており、主に、隊列制御演算部１Ａａ、および走行制御演算部１Ａｂを備える。

隊列制御演算部１Ａａでは、前記コース形状、前記外界情報、前記自車両位置情報、および前記車両運動状態情報などから、ｎ台の車両２１_ｎから構成される隊列走行する車両群（本例では、ｎは正の整数）の目標軌道、目標車速、および目標車間距離を作成する。また、ここで、車両運動制御装置１Ａへの入力として、隊列走行する車両群が走行するエリアの交通情報が得られる場合、前記交通情報を隊列制御演算部１Ａａへ入力し、車両群の目標軌道、目標車速、および目標車間距離を作成してもよい。

走行制御演算部１Ａｂでは、前記目標軌道、目標車速、目標車間距離、および前記車両運動状態情報などから、隊列内の車両位置に応じて各車両２１_ｎに前後加速度を発生させる制御指令値としての前後加速度指令値を演算し、隊列走行する車両群の各車両２１_ｎに送る。なお、走行制御演算部１Ａｂでの、車両群の各車両２１_ｎの走行情報を利用した各車両２１_ｎの前後加速度の演算手法は、上述した第１実施形態と同じであるので、ここではその詳細説明は割愛する。

ここで送る制御指令値としては、前後加速度指令値そのものであっても、車両２１_ｎに搭載されている前記加減速アクチュエータ（ブレーキアクチュエータ１１、駆動アクチュエータ１３）の駆動制御器（ブレーキ制御ユニット１０、駆動トルク制御ユニット１２）にて、前記前後加速度指令値を実現するよう演算可能な制御パラメータであってもよい。

詳しくは、走行制御演算部１Ａｂにて行われるカーブ路に対する前後加速度制御指令値演算と同じ制御アルゴリズムを、車両２１_ｎに搭載されている車両運動制御装置の車両運動制御演算部に備え、走行制御演算部１Ａｂは、当該制御アルゴリズムのゲインや閾値といった制御パラメータを送ってもよい。

また、隊列車両内の車両２１_ｎの前後加速度制御範囲、すなわち前後加速度制御により発生可能な前後加速度最大値および前後加速度最小値が、車両によって異なる場合、車間距離は必ずしも全て同じである必要はなく、車両２１_ｎとそれに後続する車両２１_ｎ＋１にて制御可能な前後加速度制御範囲に応じて、車両２１_ｎとそれに後続する車両２１_ｎ＋１の目標車間距離Dtgt_n+1を変更してもよい。つまり、隊列走行の各車両２１_ｎに発生可能な最大前後加速度および最小前後加速度、並びに車両２１_ｎとそれに後続する車両２１_ｎ＋１の目標車間距離を設定するとともに、最大前後加速度および/または最小前後加速度に応じて前記目標車間距離を変更してもよい。

具体的には、例えば車両２１_ｎの最小前後加速度よりも、車両２１_ｎ＋１の最小前後加速度が小さい場合、すなわち負の前後加速度制御可能な範囲が、車両２１_ｎよりも２１_ｎ＋１が広い場合、前記目標車間距離Dtgt_n+1を、車両２１_ｎと車両２１_ｎの先行車両である車両２１_ｎ−１との目標車間距離Dtgt_nよりも、大きな値とする。ここで、前記前後加速度制御可能な範囲は、車両のアクチュエータによる制約に加え、乗員の乗り心地を考慮して設定される値であり、前記前後加速度制御可能な範囲は、車両内に乗員がいない場合、車両内に乗員がいる場合よりも、大きな値としてもよい。

以上で説明したように、本第２実施形態では、車両運動制御装置１Ａにより、隊列走行をする各車両２１_ｎの隊列内の車両位置に応じた前記前後加速度指令値演算を行うことで、上述の第１実施形態の図１０（ａ）、（ｂ）及び図１１に示したのと同様の隊列走行が実現できる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ ： 車両運動制御装置（第１実施形態）
１ａ： 目標軌道取得部
１ｂ： 車両運動状態取得部
１ｃ： 他車情報取得部
１ｄ： 車両運動制御演算部
１ｅ： 制御指令送信部
１ｆ： 制御計画送信部
１Ａ： 車両運動制御装置（第２実施形態）
１Ａａ： 隊列制御演算部
１Ａｂ： 走行制御演算部
２ ： 加速度センサ
３ ： ジャイロセンサ
４ ： ステアリングホイール
５ ： 操舵角センサ
６ ： コース形状取得センサ
７ ： タイヤ
８ ： 車輪速センサ
９ ： 自車両位置検出センサ
１０ ： ブレーキ制御ユニット
１１ ： ブレーキアクチュエータ
１２ ： 駆動トルク制御ユニット
１３ ： 駆動アクチュエータ
１４ ： 通信ライン
１５ ： 舵角制御ユニット
１６ ： 舵角制御アクチュエータ
１７ ： ブレーキペダルセンサ
１８ ： アクセルペダルセンサ
１９ ： 外界情報検出センサ
２０ ： 車外通信ユニット
２１ ： 車両
２１_ｎ ： 隊列走行する車両群の各車両（ｎ：正の整数）

Claims (15)

1. 車両進行方向の速度が増加する方向の加速度を正、減少する方向の加速度を負とする前後加速度を、車両進行方向の道路形状に応じて自動的に制御する車両運動制御装置であって、
   複数台の車両による隊列走行において、先行車両と後続車両の車間距離が、後続車両の横加速度の絶対値、もしくは後続車両の走行軌跡の曲率が増加または減少する前に増加し、先行車両および後続車両の横加速度の絶対値、もしくは先行車両および後続車両の走行軌跡の曲率が増加または減少する区間以降で減少するよう、先行車両または後続車両の少なくとも一方の前後加速度を制御することを特徴とする車両運動制御装置。
2. 隊列走行する車両の走行情報を車両間で送受信し、
   後続車両の横加速度の絶対値、もしくは後続車両の走行軌跡の曲率が増加または減少する前に、前記車間距離が増加するよう、先行車両または後続車両の少なくとも一方の前後加速度を制御し、先行車両および後続車両の横加速度の絶対値、もしくは先行車両および後続車両の走行軌跡の曲率が増加または減少する区間以降で、前記車間距離が減少するよう、先行車両および後続車両の前後加速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両運動制御装置。
3. 先行車両の横加速度の絶対値、もしくは先行車両の走行軌跡の曲率が増加しはじめる時刻ｔ３よりも前に、後続車両に負の前後加速度を発生させることを特徴とする請求項１に記載の車両運動制御装置。
4. 前記時刻ｔ３における先行車両の速度より、前記時刻ｔ３における後続車両の速度が小さいことを特徴とする請求項３に記載の車両運動制御装置。
5. 先行車両の横加速度の絶対値、もしくは先行車両の走行軌跡の曲率が増加する区間に発生する先行車両の前後加速度の最小値よりも、後続車両の横加速度の絶対値、もしくは後続車両の走行軌跡の曲率が増加する区間に発生する後続車両の前後加速度の最小値が大きいことを特徴とする請求項１に記載の車両運動制御装置。
6. 先行車両の横加速度の絶対値、もしくは先行車両の走行軌跡の曲率が増加、かつ後続車両の横加速度の絶対値、もしくは後続車両の走行軌跡の曲率が増加する区間において、前記車間距離が減少するよう、先行車両または後続車両の少なくとも一方の前後加速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両運動制御装置。
7. 後続車両の横加速度の絶対値、もしくは後続車両の走行軌跡の曲率が減少しはじめる時刻ｔ８よりも前に、先行車両に正の前後加速度を発生させることを特徴とする請求項１に記載の車両運動制御装置。
8. 前記時刻ｔ８における先行車両の速度より、前記時刻ｔ８における後続車両の速度が小さいことを特徴とする請求項７に記載の車両運動制御装置。
9. 先行車両の横加速度の絶対値、もしくは先行車両の走行軌跡の曲率が減少する区間に発生する先行車両の前後加速度の最大値よりも、後続車両の横加速度の絶対値、もしくは後続車両の走行軌跡の曲率が減少する区間に発生する後続車両の前後加速度の最大値が大きいことを特徴とする請求項１に記載の車両運動制御装置。
10. 後続車両の横加速度の絶対値、もしくは後続車両の走行軌跡の曲率が減少し、後続車両の横加速度の絶対値、もしくは後続車両の走行軌跡の曲率が直進走行とみなせる値以下となる時刻において、後続車両の速度が、先行車両の速度よりも大きくなるよう、先行車両または後続車両の少なくとも一方の前後加速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両運動制御装置。
11. 前記隊列走行の車両において、車両に発生する横加速度の絶対値が増加する区間において負の前後加速度を発生させ、横加速度の時間変化が大きいほど、発生する前後加速度が小さくなるよう、前後加速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両運動制御装置。
12. 前記隊列走行の車両において、車両に発生する横加速度の絶対値が減少する区間において正の前後加速度を発生させ、横加速度の時間変化が大きいほど、発生する前後加速度が大きくなるよう、前後加速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両運動制御装置。
13. 前記隊列走行の各車両に発生可能な最大前後加速度および最小前後加速度、並びに先行車両と後続車両の目標車間距離を設定するとともに、前記最大前後加速度または前記最小前後加速度の少なくとも一方に応じて前記目標車間距離を変更することを特徴とする請求項１に記載の車両運動制御装置。
14. 前記車両運動制御装置は、前記隊列走行の後続車両に搭載され、先行車両の走行情報を取得して後続車両の前後加速度を制御するもの、前記隊列走行の先行車両に搭載され、後続車両の走行情報を取得して先行車両の前後加速度を制御するもの、あるいは、前記隊列走行の後続車両および先行車両の外部または後続車両もしくは先行車両の少なくとも一方に設けられ、後続車両および先行車両の走行情報を共有して後続車両および先行車両の前後加速度を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の車両運動制御装置。
15. 車両進行方向の速度が増加する方向の加速度を正、減少する方向の加速度を負とする前後加速度を、車両進行方向の道路形状に応じて自動的に制御する車両運動制御方法であって、
    複数台の車両による隊列走行において、先行車両と後続車両の車間距離が、後続車両の横加速度の絶対値、もしくは後続車両の走行軌跡の曲率が増加または減少する前に増加し、先行車両および後続車両の横加速度の絶対値、もしくは先行車両および後続車両の走行軌跡の曲率が増加または減少する区間以降で減少するよう、先行車両または後続車両の少なくとも一方の前後加速度を制御することを特徴とする車両運動制御方法。
    

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