JP4760523B2

JP4760523B2 - 車両用走行制御装置

Info

Publication number: JP4760523B2
Application number: JP2006135790A
Authority: JP
Inventors: 雅信田村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2026-05-15
Also published as: JP2007305078A

Description

本発明は、車両の走行速度が規定された走行速度パターンに沿って車両を走行させる車両用走行制御装置に関する。

従来から、特定区域内に位置する自車両の走行を制御する車両制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この車両制御装置は、特定区域内での車速を制限するため、自車両の位置が特定区域内にあると判断した場合、自車両の車速を設定車速以下に制限するものである。
特開２００２−１０９６８５号公報

しかしながら、自車両の位置が特定区域内に入ってから自車両の車速を制限する上述の従来技術では、車両の走行速度が規定された走行速度パターンに沿って車両の走行速度を制御する技術に適用するときに、走行路上に車両の走行速度が規制される特定区域が存在する場合、車両の実走行速度をその規制速度に適切に制限できるとは限らない。例えば、図７（ａ）に示されるように、車両の走行速度が規制される特定区域の長さが短くなるにつれて、実走行速度が規制速度に到達した地点から特定区域の境界までの長さが短くなる。その結果、車両が特定区域の境界に到達した途端に走行速度パターンに沿って元の走行速度に戻ろうとするため、車両は減速直後に加速することになる。また、図７（ｂ）に示されるように、図７（ａ）より特定区域の長さがさらに短くなると、規制速度まで十分に減速できないまま車両を加速させることになる。したがって、このような加減速が行われた場合には、乗り心地が悪くなるおそれが考えられる。

そこで、本発明は、車両の走行速度が規制される特定区間において車両の実走行速度をその規制速度に制限する場面において加減速が繰り返されることを防止する車両用走行制御装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明として、
走行区間に設定された目標速度に車両の実走行速度が追従するように作成された走行速度パターンに沿って車両を走行させる車両用走行制御装置であって、
前記走行速度パターンを変更するパターン変更手段を備え、
前記パターン変更手段は、第１の走行区間における車両の実走行速度、前記第１の走行区間の走行方向に隣接する第２の走行区間に設定された目標速度及び前記第２の走行区間の長さに応じて、前記走行速度パターンを変更することを特徴とする、車両用走行制御装置を提供する。

ここで、前記パターン変更手段は、前記第２の走行区間に到達する前に前記走行速度パターンの変更を開始すると好適である。

さらに、前記パターン変更手段は、前記第１の走行区間における車両の実走行速度から前記第２の走行区間に設定された目標速度までの加減速に要する走行距離と前記第１の走行区間における車両の実走行速度から前記第２の走行区間に設定された目標速度まで加減速した場合に前記第２の走行区間に設定された目標速度で一定時間定速走行するのに要する走行距離との合計値が、前記第２の走行区間の長さよりも大きいときには、前記走行速度パターンの変更を前記第１の走行区間の走行中から開始すると好ましい。目標速度の異なる走行区間を走行する場合、加減速を前だしすることになるため、次の走行区間以降における加減速が繰り返されるのを防止することが効果的となる。

ここで、前記第１の走行区間における車両の実走行速度から前記第２の走行区間に設定された目標速度まで加減速した場合に前記第２の走行区間に設定された目標速度で一定時間定速走行するのに要する走行距離は、例えば、前記第１の走行区間における車両の実走行速度と前記第２の走行区間に設定された目標速度との速度差に基づいて算出されるようにしてよい。

なお、前記走行速度パターンの変更後に加減速した場合の加減速度は、前記走行速度パターンの変更前に設定された加減速度と略同一となるようにすることで、例えば、加減速度する場合の加減速度を事前に決定するために評価した内容を有効利用することができる。

また、前記第２の走行区間に設定された目標速度が、前記第１の走行区間に設定された目標速度より低く、前記第２の走行区間の走行方向に隣接する第３の走行区間に設定された目標速度より低い場合には、減速した直後に急加速することを防止することができる。

また、前記第２の走行区間に設定された目標速度及び前記第２の走行区間の長さは、外部の所定の通信施設から通信手段を介して取得されるようにしてもよい。

本発明によれば、車両の走行速度が規制される特定区間において車両の実走行速度をその規制速度に制限する場面において加減速が繰り返されることを防止することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図１は、本発明に係る車両用走行制御装置の一実施形態を示した図である。本実施形態の車両用走行制御装置は、車両１００に搭載され、車両１００の走行速度を予め想定した上で車両１００の走行速度を制御するシステム（例えば、インフラ協調自動運転システム）に適用可能である。

図２は、本実施形態の車両用走行制御装置を適用するインフラ強調自動運転システムを説明するための図である。車両１００は、走行路５０の路面に走行方向に沿って所定間隔毎に設置されたマーカ（磁気マーカ）を通過するごとに、車両１００に搭載したマーカセンサ（磁気センサ）から出力されるマーカと車両１００との相対的な位置関係を反映した検出信号に基づいて車両１００の走行路５０における横変位（マーカからの横変位（走行路５０の面に水平で走行方向に垂直な方向））を検出している。そして、車両１００は、このマーカ通過ごとに検出される横変位に基づいて走行路５０から外れないように操舵制御を実行する。なお、ＧＰＳ装置によって検出される車両位置データに基づいて、走行路５０における横変位を検出することも可能である。ＧＰＳ装置は、ＧＰＳ受信機によるＧＰＳ衛星からの受信情報に基づいて、自身を搭載する車両の位置を２次元若しくは３次元の座標データによって特定する装置である。

そして、走行路５０には予め目標速度が設定されており、車両１００の走行速度はその目標速度に追従するように自動制御される。車両１００の実走行速度を目標速度に追従させる自動制御は、その目標速度に追従するように作成された走行速度パターンに従って行われる。

それでは、図１に戻り、インフラ強調自動運転システムに適用される本実施形態の車両用走行制御装置の構成について説明する。

車両位置検出部１２は、車両１００の位置を検出する。例えば、ＧＰＳ装置によって車両１００の絶対位置が検出可能である。なお、車両位置検出部１２は、車両１００の絶対位置を検出するのではなく、所定の位置基準に対する車両１００の走行方向の相対位置を検出するものでもよい。例えば、マーカセンサによって検出される、走行路５０に所定間隔で敷設された磁気マーカとの走行方向の相対位置でもよい。また、車両位置検出部１２が、走行方向の車両１００の位置を特定可能な所定の情報を走行路５０に所定間隔で敷設される通信アンテナなどの通信設備から無線通信を介して取得することによって、車両１００の位置を検出してもよい。車両位置検出部１２は、車両１００の走行位置を表す信号を走行速度制御部１０やパターン変更部２０に出力する。

走行速度検出部１４は、車両１００の実際の走行速度を検出し、その実走行速度を表す信号を走行速度制御部１０に出力する。具体例として、車速センサが挙げられる。車速センサが出力する車速信号は、車輪１回転につき所定数のパルスから構成される信号である。したがって、走行速度制御部１０は、走行速度検出部１４が出力する信号に基づいて車両１００の実走行速度を認識することができる。

走行速度パターン１６は、ＲＡＭ，ＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ等のメモリに記憶されるデータであって、走行路５０上で車両１００が追従すべき走行速度を規定したものである。図２に示したように、車両１００が走行する走行路５０には予め目標速度が設定されている。走行速度パターン１６は、走行路５０に設定された目標速度に基づいて作成される。走行路５０の走行区間Ａに目標速度がＶｎと設定され、走行区間Ｄに目標速度がＶｍと設定され、走行区間Ｂに目標速度がＶｎと設定されている場合、車両１００が走行区間Ａ及びＢでは走行速度Ｖｎで巡航し走行区間Ｄでは走行速度Ｖｍで巡航するように、走行速度パターン１６が予め作成される。

走行速度制御部１０は、走行速度パターン１６に沿って、車両１００の走行速度を制御する。走行速度制御部１０は、車両１００の実走行速度が走行速度パターン１６に沿うような制御指令を、エンジン機構やブレーキ機構やトランスミッション機構などの走行装置１８に対して出力する。また、走行速度制御部１０は、磁気マーカ又はＧＰＳ装置等によって自車車両位置を認識し、メモリに記憶された所定のプログラム（例えば、車両の加減速を制御するための加減速プログラムや車両の操舵を制御するための操舵プログラム）に基づいて、車両１００の自動運転を実行する。

走行速度制御部１０は、走行速度パターン１６に規定の走行速度が実走行速度より小さい場合には所定の減速度で減速制御を実行し、走行速度パターン１６に規定の走行速度が実走行速度より大きい場合には所定の加速度で加速制御を実施する。減速制御のときの減速度や加速制御のときの加速度は、例えば、走行速度パターン１６に規定の走行速度と実走行速度との速度差に応じて定められる。この加減速度は、安全かつ快適な値になるようシミュレーションや評価試験によって最適な値を求めておき、メモリ等に記憶して読み出し可能にしておくことが望ましい。

例えば、走行速度制御部１０は、電子スロットルアクチュエータを駆動することにより、車両１００のエンジンに接続される吸気管に配設されたスロットルバルブの開度を調整し、エンジンに供給される空気量を調整する。これにより、車両１００の走行速度のコントロールが可能になる。走行速度制御部１０は、走行速度パターン１６に規定の走行速度と走行速度検出部１４の信号に基づき演算した実走行速度とを比較し、実走行速度が走行速度パターン１６に規定の走行速度より速い場合には、スロットルバルブを閉じる方向に電子スロットルアクチュエータを駆動することにより走行速度を下げ、実走行速度が走行速度パターン１６に規定の走行速度より遅い場合には、スロットルバルブを開ける方向に電子スロットルアクチュエータを駆動することにより走行速度を上げる。

パターン変更部２０は、詳細は後述するが、車両位置検出部１２からの車両位置情報及び走行速度検出部１４からの走行速度情報、並びに通信部２２からの情報に基づいて、走行速度パターン２０の変更を行う。

通信部２２は、車両１００の外部からの所定の情報を取得可能にする無線機能を備える。通信部２２は、車外の通信施設２００から所定の情報を取得する。通信施設２００は、走行路５０に関する情報を有し、無線通信を介してそのような情報を伝送する施設である。あるいは、走行路５０に関する情報を有する施設から取得した情報を走行路５０上の車両に無線通信を介して伝送する設備である。通信施設２００が走行路５０上の車両に伝送する情報として、例えば、走行路５０上の工事情報や事故情報や特定区間における走行速度規制情報などが挙げられる。

ところで、走行路５０に予め設定される目標速度は、常に一定であるとは限らず、変更される場合がある。例えば、走行路５０上のある区間における形状変化（例えば、カーブ、上り坂、下り坂）によってその形状変化区間に設定される目標速度がその前後の隣接区間に設定される目標速度と異なる場合や、走行路５０上のある区間において工事や事故などの突発的な事象が発生したことによって走行路５０に設定された目標速度が変更される場合がある。このような場合には、上述の走行速度パターン１６に規定の走行速度は、予め規定された一定値のままではなく、目標速度の変化に応じて変更する必要性が生じる。

例えば、図２（ａ），（ｂ）に示されるように、走行路５０上に、目標速度がその前後の走行区間に設定される目標速度より低い区間Ｄが存在する場合がある。すなわち、車両１００が現在走行している走行区間Ａの走行方向に隣接する区間Ｄが、走行区間Ａに設定されている目標速度Ｖｎより低い目標速度Ｖｍに規制され、その規制区間Ｄの走行方向に隣接する走行区間Ｂには目標速度Ｖｎが設定されている。このような目標速度が変化した走行路５０において、走行速度制御部１０が、その目標速度に基づいて作成された走行速度パターン１６に沿って、シミュレーション等によって車両毎に設定された安全かつ快適な加減速度値で車両１００の走行速度を制御した場合、図２（ｂ）に示されるように、規制区間Ｄの長さが短くなるにつれて、規制速度Ｖｍまで十分に減速できなかったり減速直後に加速を開始したりすることが考えられ、乗り心地が悪くなるおそれがある。本実施形態の車両用走行制御装置は、その点を改善するものである。

本実施形態の車両用走行制御装置の動作例について説明する。図３は、本実施形態の車両用走行制御装置の動作フローである。本実施形態の車両用走行制御装置のパターン変更部２０は、通信部２２を介して、通信施設２００が発信した走行路５０上の規制情報（例えば、規制区間の場所や、その規制区間の規制速度Ｖｍや長さＤ）を受信した場合、実走行速度から規制速度までの加減速に要する距離ｓ１を算出し（ステップ１０）、加減速によってその規制速度に到達した後にその規制速度で定速走行するのに要する距離ｓ２を算出する（ステップ１２）。

ここで、距離ｓ１及び距離ｓ２について、図４を参照しながら説明する。図４は、規制区間に設定される目標速度がその規制区間前後の隣接区間に設定される目標速度より低い場合の車両１００の速度変化を示した図である。距離ｓ１は、目標速度Ｖｎから規制速度Ｖｍまで所定の減速度で減速制御したときの距離である。距離ｓ２は、目標速度Ｖｎから規制速度Ｖｍへの減速によって規制速度Ｖｍに到達した後にその規制速度で一定時間定速走行するのに要する距離である。距離ｓ３は、規制速度Ｖｍから目標速度Ｖｎまで所定の加速度で加速制御したときの距離である。

距離ｓ１と距離ｓ３のそれぞれは、
［数１］
ｓ１，ｓ３＝（Ｖｎ^２−Ｖｍ^２）／（２×Ａ）
によって演算可能である。なお、Ａは、距離ｓ１を演算する場合は減速度を表し、距離ｓ３を演算する場合は加速度を表す。

また、距離ｓ２の算出は、図５を参照しながら説明する。図５は、距離ｓ２の一算出例を説明するための図である。減速制御によって目標速度Ｖｎから規制速度Ｖｍに到達後一定の速度幅に収束するまでに要する時間（すなわち、減速制御が安定する時定数）をｔ１とし、ｔ１のｎ倍時間の間に規制速度Ｖｍで走行したときの距離がｓ２に相当する。つまり、距離ｓ２は、目標速度Ｖｎからの減速によって規制速度Ｖｍに到達後に所定の速度幅に収束するまでに要する時間の所定の倍数時間の間にその規制速度Ｖｍで走行する距離である。

すなわち、距離ｓ２は、
［数２］
ｓ２＝Ｖｍ×ｔ１×ｎ
によって演算される。なお、ｔ１やｎは、車両毎に与えられるものであり、車両の官能評価等のシミュレーション結果に基づいて決定され、メモリ等に読み出し可能に記憶しておけばよい。例えば、速度変化量（Ｖｎ−Ｖｍ）に応じて規制速度Ｖｍへの収束度合は変化するため（速度変化量が大きくなるほど、規制速度Ｖｍに収束しにくくなる）、ｔ１やｎは速度変化量（Ｖｎ−Ｖｍ）に応じて可変させてもよい。

例えば、シミュレーション等に基づき予め設定されている車両１００の減速度と加速度がそれぞれ１．０［ｍ／ｓ^２］（＝Ａ）、ｔ１＝２．２［ｓ］、ｎ＝１０、Ｖｎ＝８０［ｋｍ／ｈ］、Ｖｍ＝５０［ｋｍ／ｈ］とする場合、ｓ１＝ｓ３＝１５０［ｍ］、ｓ２＝３０５［ｍ］と演算される。

図３に戻り、パターン変更部２０は、『（ｓ１＋ｓ２）＞規制区間の長さＤ』が成立するか否かを判断する（ステップ１４）。パターン変更部２０は、『（ｓ１＋ｓ２）＞規制区間の長さＤ』が成立する場合、規制区間の手前の地点において減速制御を始めるように走行パターン１６を変更する（ステップ１６）。『（ｓ１＋ｓ２）＞規制区間の長さＤ』が成立しない場合には、規制区間の開始地点において減速制御を始める走行パターン１６に沿って車両の走行速度を制御する。

ステップ１４及び１６の処理について図２を参照しながら説明する。『（ｓ１＋ｓ２）＞規制区間の長さＤ』が成立する場合には（ステップ１４；Ｙｅｓ）、目標速度Ｖｎから規制速度Ｖｍに変化する規制区間Ｄの開始地点から既定の減速度で車両１００の減速制御を開始したとしても（図２（ｂ））、規制区間の長さが短すぎることによって規制速度Ｖｍまで十分に減速できなかったり減速直後に加速を開始したりするおそれがあるとして、図２（ｃ）に示されるように、規制区間Ｄの開始地点の手前に車両１００の減速制御を開始する地点を移動させた速度パターン１６に変更される。

すなわち、パターン変更部２０は、図２（ｃ）に示されるように、規制区間Ｄの終点Ｐ３から（ｓ１＋ｓ２）手前の地点Ｐ１において減速制御を始めるように走行速度パターン１６を変更する。この際変更された走行速度パターン１６は、シミュレーション等によって車両毎に事前設定された安全かつ快適な既定の減速度を変えずに減速制御が区間［Ｐ１：Ｐ２］において行うことが可能な走行速度パターンである。また、この際変更された走行速度パターン１６は、シミュレーション等によって車両毎に事前設定された安全かつ快適な既定の加速度を変えずに加速制御が区間［Ｐ３：Ｐ４］において行うことが可能な走行速度パターンであってもよい。既定の加減速度を変えないことで、そのシミュレーション等によって車両毎に事前設定された安全かつ快適な加減速度を流用することができ、走行速度パターンの変更後においても安全かつ快適に加減速制御を実施することができる。例えば、規制区間Ｄ＝１５０［ｍ］とした場合、上述した数値例を引用すると、『（ｓ１＋ｓ２）＝４５５［ｍ］＞Ｄ＝１５０［ｍ］』となるので、規制区間Ｄの終点Ｐ３から４５５ｍ手前の地点Ｐ１において減速制御が始まる走行速度パターン１６に変更される。

一方、『（ｓ１＋ｓ２）＞規制区間の長さＤ』が成立しない場合には（ステップ１４；Ｎｏ）、規制区間の長さが短すぎることはないとして、シミュレーション等によって車両毎に事前設定された安全かつ快適な既定の加減速度を変えずに加減速度制御を実行し、目標速度Ｖｎから規制速度Ｖｍに変化する規制区間Ｄの開始地点から車両１００の減速制御を開始し、規制速度Ｖｍから目標速度Ｖｎに変化する規制区間Ｄの終了地点Ｐ３から車両１００の加速制御を開始する。

したがって、本実施形態の車両用走行制御装置によれば、車両の走行速度が規制される規制区間において車両の実走行速度をその規制速度に制限する場面において、加減速が繰り返されることを防止することができる。また、加減速が繰り返されることによる乗り心地が悪くなることを防止することができる。

すなわち、目標速度Ｖｎに沿った車両の実走行速度と、車両の走行方向に存在する規制区間に設定された規制速度Ｖｍと、規制区間の長さＤとを考慮して、走行速度パターンを変更することによって、その規制区間にわたって車両の実走行速度が規制速度Ｖｍに追従できるように速度パターンを変更することができる。その結果、加減速が繰り返されることを防止することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では車速を制御するためにスロットルバルブの開度を調整しているが、車速の制御方法やエンジンの種類によって本発明は限定されない。車速を制御できればよいので、ブレーキアクチュエータを制御することにより各車輪に制動力を発生させて車速を調整してもよい。また、ディーゼルエンジンを搭載する車両の場合には、燃料流量を調整することにより車速を制御することも可能である。

また、上述の実施例では、規制速度が目標速度より遅い値に設定されているため、減速してから加速する場合について説明したが、規制速度が目標速度より速い値に設定されている場合も同様に考えることができる。すなわち、車両の最低走行速度を規定するような場合である。図６は、規制区間に設定される目標速度がその規制区間前後の隣接区間に設定される目標速度より高い場合の車両１００の速度変化を示した図である。距離ｓ１は、目標速度Ｖｎから規制速度Ｖｍまで所定の加速度で加速制御したときの距離である。距離ｓ２は、目標速度Ｖｎから規制速度Ｖｍへの加速によって規制速度Ｖｍに到達した後にその規制速度で一定時間定速走行するのに要する距離である。距離ｓ３は、規制速度Ｖｍから目標速度Ｖｎまで所定の減速度で減速制御したときの距離である。この場合の距離ｓ１，ｓ２，ｓ３も，上述の［数１］［数２］に従って演算することが可能であるため、上述の実施例と同様に考えることができるので、上述の実施例と同様の効果が生じる。

本発明に係る車両用走行制御装置の一実施形態を示した図である。本実施形態の車両用走行制御装置を適用するインフラ強調自動運転システムを説明するための図である。本実施形態の車両用走行制御装置の動作フローである。規制区間に設定される目標速度がその規制区間前後の隣接区間に設定される目標速度より低い場合の車両１００の速度変化を示した図である。距離ｓ２の一算出例を説明するための図である。規制区間に設定される目標速度がその規制区間前後の隣接区間に設定される目標速度より高い場合の車両１００の速度変化を示した図である。従来の走行速度パターンを説明するための図である。

符号の説明

１０走行速度制御部
１２車両位置検出部
１４走行速度検出部
１６走行速度パターン
１８走行装置
２０パターン変更部
２２通信部
１００車両
２００通信施設

Claims

走行区間に設定された目標速度に車両の実走行速度が追従するように作成された走行速度パターンに沿って車両の走行速度を制御する車両用走行制御装置であって、
第１の走行区間における車両の実走行速度、前記第１の走行区間の走行方向に隣接する第２の走行区間に設定された目標速度及び前記第２の走行区間の長さに応じて、前記走行速度パターンを変更するパターン変更手段を備え、
前記パターン変更手段は、
前記第１の走行区間における車両の実走行速度から前記第２の走行区間に設定された目標速度まで加減速制御したときの走行距離と、前記第１の走行区間における車両の実走行速度からの加減速制御によって前記第２の走行区間に設定された目標速度に到達してから前記第２の走行区間に設定された目標速度で所定の速度幅に収束するまでの走行距離との合計値が、前記第２の走行区間の長さよりも大きいときには、
前記走行速度パターンの変更を前記第１の走行区間の走行中から開始し、
前記合計値が、前記第２の走行区間の長さよりも大きくないときには、
前記第２の走行区間の開始地点において加減速制御を始める走行パターンに沿って車両の走行速度を制御する、ことを特徴とする、車両用走行制御装置。
前記合計値が、前記第２の走行区間の長さよりも大きいときには、
前記第２の走行区間の終点から前記合計値手前の地点において加減速度制御を始めるように前記走行速度パターンを変更する、請求項１に記載の車両用走行制御装置。
前記第１の走行区間における車両の実走行速度からの加減速制御によって前記第２の走行区間に設定された目標速度に到達してから前記第２の走行区間に設定された目標速度で所定の速度幅に収束するまでの走行距離は、前記第１の走行区間における車両の実走行速度と前記第２の走行区間に設定された目標速度との速度差に基づいて算出される、請求項１又は２に記載の車両用走行制御装置。
前記第２の走行区間に設定された目標速度及び前記第２の走行区間の長さを外部の所定の通信施設から取得する通信手段を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用走行制御装置。