JP2000177428A - 車両走行制御方法およびシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定点、定刻停止を可能とし、また収束性と乗
り心地を向上する。 【解決手段】 予め時間に対する目標位置を定める。目
標位置と実走行位置との位置偏差を表す状態量を求め
る。状態量が少なくなるように車両速度をフィードバッ
ク制御する。好ましくは、時間に対する目標位置Ｓ
（ｔ）と目標車速ｖ（ｔ）を計算する（Ｓ３０）。Ｓ４
０で計算される状態量Ｘ（ｔ）は、目標位置と実車両位
置の偏差ｘ１（ｔ）、目標車速と実車速の偏差ｘ２
（ｔ）、および位置偏差積分ｘ３（ｔ）を含む。ＬＱ制
御を適用し、状態量Ｘ（ｔ）とフィードバックゲインＫ
からシステム入力量ｕ（ｔ）を求める（Ｓ４２）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、予め定めた目標に
従って車両を自動走行させる方法およびシステムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、新交通システムに応用可能な自動
走行車両が注目されている。この種の車両は、例えば、
自動操舵制御および自動速度制御の下で、予め定められ
たコースを走行することができ、また、機械的な連結な
しに隊列を組んで走行することができる。このようなシ
ステムは、隊列編成がフレキシブルであり、インフラス
トラクチャを比較的安価に作れ、車両も比較的安価に提
供できるなどの利点を有する。従って、空港内のターミ
ナル間の交通、都市間交通、その他の交通システムに応
用できると期待されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、先の日本
国特許出願（特開平１０−２８７２２１号公報）にて、
予め定められた軌道（コース）を走行する自動走行車両
に関し、ＰＩＤ制御によって車両速度をフィードバック
制御することを開示している。

【０００４】ＰＩＤ制御は、軌道上の位置に対する目標
速度のマップを用いて行われる。図１０の例では、横軸
が位置で、縦軸が目標速度である。このようなマップを
用いて、車両走行位置Ｓから目標速度ｖ（Ｓ）が計算さ
れる。微分項、積分項および比例項を用いて、実車両速
度が目標値ｖ（Ｓ）に一致するように制御される。

【０００５】ＰＩＤ制御では、位置に対する速度の制御
は好適に行われる。従って、コース上の決まった位置で
車両を停止させる（速度０）ような制御には向いている
（定点停止）。

【０００６】しかし、制御パラメータである目標速度ｖ
（Ｓ）に時間が含まれておらず、また、制御中の速い時
期における目標値への追従性が低い。そのため、時間に
対して位置を制御することができず、決まった時間に決
まった位置で車両を停止させるような制御には向かない
（定点、定刻停止）。

【０００７】例えば、複数の車両が隊列走行を行い、隊
列中の各車両が独立して制御されているとする。ＰＩＤ
では、各時間の車両位置を制御できないので、車間距離
がばらばらになる可能性があり、隊列の乱れを招き得
る。

【０００８】参考として、いわゆる「ものまね制御」
は、先行車両の加減速動作をまねることで隊列走行を実
現するが、各車両の独立制御が求められるシステムには
適合しにくい。

【０００９】本発明の目的は、上記課題を解決し、隊列
走行にも適した車両走行制御方法およびシステムを提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、予め時間に対する目標位置を定め
る。そして、目標位置と実走行位置との位置偏差を表す
状態量を求める。そして、この状態量が少なくなるよう
に車両速度がフィードバック制御される。これにより、
時間に対する車両位置の制御が可能となる。例えば、減
速停止制御において、決まった時間に決まった位置で車
両を停止することができる。

【００１１】好ましくは、本発明の制御にはＬＱ制御則
が用いられる。ＰＩＤ制御では制御の発散を避けるため
に制御ゲインの大きさが限られるのと比較して、ＬＱ制
御では高ゲインの制御で目標値へ速く収束することが可
能である。また、ＬＱ制御は目標値への追従性が良く、
従って例えば本発明を減速制御に適用した場合にはほぼ
一定減速度での減速が可能で、ジャーク（加速度の微
分；乗り心地の指標）の変動が少ない。従って、収束の
速さに加えて、車両の乗り心地も良好にすることができ
る。このように、ゲインの適切な設定が可能となり、制
御の適合性が向上する。

【００１２】また好ましくは、ＬＱ制御用の状態量は、
上記の位置偏差に加え、時間に対する目標速度および実
速度の速度偏差を含み、さらに、位置偏差の積分値であ
る位置偏差積分を含む。位置偏差積分を用いることによ
り、車両停止位置の精度を増すことができる。

【００１３】また好ましくは、本発明を隊列走行システ
ムに適用する場合において、隊列走行中の前方車両の制
御誤差が所定値より大きくなったときに、自車両の時間
に対する目標位置を再定義し、再定義された目標位置に
基づいて車両走行を制御する。この態様によれば、誤差
が発生した車両がある場合に、速やかに後続車両の目標
値を変更することができる。従って、隊列を乱すことな
く、より円滑な隊列走行を実現することができる。

【００１４】なお、ここでは主として減速、停止制御に
ついて説明したが、本発明は加速制御、定速制御にも同
様に適用可能であることはもちろんである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
（以下、実施形態という）について、図面を参照し説明
する。

【００１６】まず、本発明の制御の原理を説明する。こ
こでは減速制御を取り上げるが、本発明は減速モード以
外の制御、すなわち加速制御および定速制御にも同様に
適用できる。

【００１７】本発明の目的の一つは、時間に対する位置
制御が可能で、定点・定刻停止を実現できる制御方法お
よびシステムを提供することにある。この目的を達成す
るべく、本発明は、図１に示すように、時間ｔ（横軸）
に対する目標位置Ｓ（ｔ）（縦軸）を定義することを提
案する。図１では、制動開始から車両停止までの位置が
定義されている。この目標位置Ｓ（ｔ）に実際の車両位
置を収束させるように車速を制御する。

【００１８】特に、本発明は、以下の工夫を取り入れる
ことにより、車速制御に対するＬＱ制御則の適用を可能
にすることを提案する。ＬＱ制御とは、線形２次形式最
適制御（ｌｉｎｅａｒ ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｏｐｔｉ
ｍａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ）の略である。

【００１９】図２は、図１の目標位置Ｓ（ｔ）から導か
れる目標車速ｖ（ｔ）である。目標位置Ｓ（ｔ）および
目標車速ｖ（ｔ）は、予め設定され、車両制御ＥＣＵな
どに記憶されていることが好適である。また、実車両位
置をｒ（ｔ）、実車速をｒ′（ｔ）とする。

【００２０】これらの数値から、定点・定刻停止のため
の制御パラメータとして、以下の状態量Ｘ（ｔ）が計算
される。ここで、ｘ１（ｔ）は位置偏差（目標位置と検
出された実位置との偏差；位置誤差）であり、ｘ２
（ｔ）は速度偏差（目標速度と実速度の偏差；速度誤
差）である。またｘ３（ｔ）は、位置偏差ｘ１（ｔ）の
積分値である。

【００２１】

【数２】 Ｘ（ｔ）＝（ｘ１（ｔ），ｘ２（ｔ），ｘ３（ｔ））

【数３】ｘ１（ｔ）＝Ｓ（ｔ）−ｒ（ｔ）

【数４】ｘ２（ｔ）＝ｖ（ｔ）−ｒ′（ｔ）

【数５】ｘ３（ｔ）＝∫（Ｓ（ｔ）−ｒ（ｔ））ｄｔ 状態量Ｘ（ｔ）を用いると、下記のように車両走行の状
態方程式を書き表すことができる。ここで、ｍは車両質
量であり、ｕ（ｔ）はシステム入力量である。また、右
辺の第３項はフィードフォワード項である。制御目標が
達成されていれば、減速度ｒ″（ｔ）が発生する。

【００２２】

【数６】 この式は、ＬＱ制御の一般的な状態方程式（Ｘ′（ｔ）
＝ＡＸ（ｔ）＋Ｂｕ（ｔ））に適合している。右辺を計
算すると、距離、速度および距離の積分に関連する項が
正しく導かれるように、行列式と次元が適切に設定、配
置されている。従って、本発明が提案するこの状態方程
式を使えば、ＬＱ制御を自動車両走行に適用することが
可能となる。

【００２３】そこで、上記の状態方程式に基づき、最適
制御問題にあてはめ、リカッチ方程式により状態フィー
ドバックゲインＫを計算する。ゲインＫは、予め算出さ
れ車両制御ＥＣＵに記憶されることが好適である。そし
て、制御中は、下式に従い、状態量Ｘ（ｔ）とゲインＫ
からシステム入力量ｕ（ｔ）を求める。

【００２４】

【数７】ｕ（ｔ）＝ −Ｋ・Ｘ（ｔ） ｕ（ｔ）の次元は、加減速度（速度の微分）である。こ
のｕ（ｔ）を用いて減速制御を行う。例えば、減速装置
が油圧式摩擦ブレーキである場合、指示油圧ＰをＰ＝ｆ
（ｕ（ｔ））により求め、この指示油圧Ｐをブレーキシ
ステムに発生させる。

【００２５】以上が、本発明の車速制御の基本的な原理
である。本発明によれば、図１に示される目標位置を定
め、目標位置と実走行位置の偏差が少なくなるように車
両速度をフィードバック制御している。従って、時間に
対する位置の制御が可能となり、定点・定刻停止も実現
できる。駅から駅へ移動し、次の駅の停止位置に定刻に
精度良く停止するといった自動走行制御が可能になる。

【００２６】また、本発明によれば、自動走行にＬＱ制
御を取り入れることが可能となる。ＰＩＤ制御では、時
間に対する位置制御の実現にはゲイン調整に多大な手間
が必要であるが、ＬＱ制御ではそのような制御が容易に
実現可能である。これは、本発明が、自動車両走行への
ＬＱ制御導入を実現したことによって効率的かつ高精度
な「時間に対する位置制御」を実現可能とした、という
ことを意味している。

【００２７】また、ＰＩＤ制御では制御の発散を避ける
ために制御ゲインの大きさが限られる。ＰＩＤ制御と比
べ、ＬＱ制御では高ゲインの制御が可能であり、収束が
速い。さらに、目標値への追従性が良いので、ほぼ一定
減速度（Ｇ）での減速が可能で、ジャーク（加速度の微
分；乗り心地の指標）の変動が少ない。従って、車両の
乗り心地も良好にすることができる。

【００２８】さらに、本発明のＬＱ制御は、状態方程式
のかたちを工夫することにより、位置偏差積分ｘ３
（ｔ）を制御パラメータに含めている。これにより、本
発明はＬＱＩ制御理論に従った制御を実現している。そ
して、位置偏差積分ｘ３（ｔ）を少なくする制御によ
り、定常偏差を減少することができる。

【００２９】ただし、本発明の範囲内で、位置偏差積分
を制御パラメータに含めない構成も可能である。すなわ
ち、位置偏差と速度偏差を状態量とし、この状態量に関
する状態方程式に基づいたＬＱ制御を行うことも可能で
ある。より具体的には、前述の状態方程式から、位置偏
差積分ｘ３（ｔ）に関する要素を削除した状態方程式を
用いればよい。このような構成によっても、時間に対す
る位置制御は実現でき、高い収束性と乗り心地の良さを
得ることができる。

【００３０】本発明は、隊列走行する車両の制御アルゴ
リズムとして好適に使用される。複数の車両が小さな車
間距離で自動走行する場合は、前後の車両との位置関係
を保つために、高精度の位置制御が必要である。本発明
によれば、時刻に対する車両走行位置の制御が、少ない
遅れおよび誤差で行われるので、隊列走行が良好に行わ
れる。

【００３１】また、本発明は、減速制御の他に、加速制
御、定常速度制御にも同様の方法で適用可能である。す
なわち、加速、定速、減速のうちの一つのモードに本発
明を適用する構成も、２以上のモードに本発明を適用す
る構成も、本発明の技術的範囲に含まれる。

【００３２】例えばシステム入力量ｕ（ｔ）を計算した
ときに、ｕ（ｔ）の値が正の場所では、ｕ（ｔ）をアク
セル指示に変換し、原動機を制御して車速を上げる。一
方ｕ（ｔ）の値が負の場所では、ｕ（ｔ）をブレーキ指
示に変換し、減速を行う。

【００３３】次に、図３および図４を参照し、本発明が
適用される車両走行制御システムのモデル例を説明す
る。

【００３４】図３を参照すると、道路側のシステム（イ
ンフラストラクチャ）としては、車両が走行すべきコー
ス１が予め定められている。コース１上には、車両が停
車すべきＡ駅およびＢ駅が設けられている。先頭車（１
号車）、２号車および３号車は、Ａ駅の定められた位置
に止まっている。これらの車両は、隊列を組んで駅から
駅へ移動してＢ駅の定められた位置に停止し、さらにＢ
駅からＡ駅に移動する。コース１上には等間隔（例えば
１ｍ）を開けて磁気ネイル（図示せず）が設けられてい
る。また、Ａ駅およびＢ駅の所定距離手前には減速指示
マーカ３が設けられている。

【００３５】図４は車両側のシステム構成を示してい
る。車両制御ＥＣＵ１０には、各センサ１２〜１４から
車両走行状態を示す信号が入力される。車輪速センサ１
２は車輪の回転数を検出する。磁気センサ１４は路上の
磁気ネイルを検出する。車間距離センサ１６は例えばレ
ーダ装置またはカメラであり、先行車両との車間距離を
検出する。

【００３６】車両制御ＥＣＵ１０は、車輪速センサ１２
および磁気センサ１４からの入力信号を併用して、車両
の位置ｒ（ｔ）および速度ｒ′（ｔ）を算出する。具体
的には、車輪速センサ１２に基づいて車両の位置および
速度を算出する。そして、算出結果が、磁気センサ１４
からの検出信号を用いて補正される。

【００３７】車両制御ＥＣＵ１０は、通信装置１８を利
用して、他の車両との間で、車両位置および速度の情報
を交換する。この交換情報を利用して、先行車および後
続車の状態を知ることができ、車間距離も把握できる。
なお、車間距離センサ１６は補助的に衝突回避などの用
途に用いられる。

【００３８】車両制御ＥＣＵ１０はステアリングＥＣＵ
２０に制御信号を送り、両ＥＣＵによって操舵制御が行
われる。ここでは、磁気ネイルの検出信号を基に、車両
の進むべき方向が決定される。磁気ネイルを結ぶライン
から離れずに車両が走行するのに必要な目標進行方向が
求められる。目標進行方向が達成されるように、ステア
リングアクチュエータ２２が制御され、車輪２３が転舵
される。車両は、磁気ネイルを結ぶラインをトレースし
ながら走行する。

【００３９】また、車両制御ＥＣＵ１０は、エンジンＥ
ＣＵ２４およびブレーキＥＣＵ２８に制御信号を送り、
これらのＥＣＵにより速度制御が行われる。エンジンＥ
ＣＵ２４はエンジン２６の出力を制御し、車両を加速さ
せる。ブレーキＥＣＵ２８は、ブレーキアクチュエータ
３０を制御して油圧式の摩擦ブレーキ３２を作動させ、
車両を減速させる。車両は、駅を出発してから加速し、
そして定速走行に移行する。減速指示マーカ３が検出さ
れると、減速制御を開始し、次の駅の所定位置で停止す
る。減速指示マーカ３は、磁気センサ１４または他のセ
ンサを用いて検出される。

【００４０】ここで、本発明は減速部分の制御に適用さ
れており、その制御処理は図５に示されている。車両の
発進より前に、リカッチ方程式により状態フィードバッ
クゲインＫが計算されている（Ｓ１０）。偏差とシステ
ム入力とのバランスが良好であり、入力量が大きくなり
すぎないように、そして、入力の急激な変化が抑えられ
るように、適切なゲインＫが求められる。ゲインＫは予
め算出され、車両制御ＥＣＵ１０内のメモリ（ＲＯＭな
ど）に格納されており、このゲインＫが後の制御に用い
られる。

【００４１】車両が発進すると（Ｓ１２）、所定の制御
周期毎に、コース上の減速指示マーカが検知されたか否
かが判断され（Ｓ１４）、検知されなければタイマＴを
０にする（Ｓ１６）。

【００４２】減速指示マーカが検知されると、タイマカ
ウントアップ（Ｔ＝Ｔ＋１）が行われる（Ｓ１８）。そ
して、現在時間Ｔに対する目標位置Ｓ（ｔ）、目標車速
ｖ（ｔ）が計算される（Ｓ３０）。好ましくは、予め図
１、図２に示すマップが用意され、車両制御ＥＣＵ１０
のメモリに格納されている。このマップから目標値を読
みとればよい。

【００４３】さらに、センサ検出信号から得られた実車
両位置ｒ（ｔ）および実車速ｒ′（ｔ）を用いて、状態
量Ｘ（ｔ）が計算される（Ｓ４０）。前述のように、Ｘ
（ｔ）は、位置偏差ｘ１（ｔ）、速度偏差ｘ２（ｔ）、
位置偏差積分ｘ３（ｔ）を含む。そして、状態量Ｘ
（ｔ）とゲインＫから制御入力ｕ（ｔ）を計算する（Ｓ
４２）。

【００４４】制御入力ｕ（ｔ）から、Ｐ（ｔ）＝ｆ（ｕ
（ｔ））により、ブレーキ装置の目標油圧（指示油圧）
が求められる（Ｓ４４）。ｆは適当な関数を表す。状態
方程式を参照すると、ｕ（ｔ）／ｍとｒ″（ｔ）から目
標減速度が求められる。減速度とブレーキ油圧は対応す
るので、目標減速度を達成するのに適当な目標ブレーキ
油圧Ｐ（ｔ）が求められる。減速度とブレーキ油圧の関
係を表すマップを用意しておき、このマップから油圧を
読みとることが好適である。

【００４５】そして、Ｓ４４で算出されたブレーキ油圧
Ｐ（ｔ）が発生するように、ブレーキアクチュエータが
制御される（Ｓ４６）。実車速ｒ（ｔ）が０になったか
否かが判断され（Ｓ４８）、ＮＯであればＳ１８に戻
る。Ｓ４８がＹＥＳであれば、車両は、目標位置ライン
（図１）に従って走行し、最終的に次の駅に定点・定刻
に停車したので、制御を終了する。

【００４６】本実施形態は、本発明の範囲内で任意の変
形が可能なことはもちろんである。例えば、本実施形態
では、エンジン（内燃機関）搭載車に本発明が適用され
ている。しかし、それ以外の任意のタイプの車両、例え
ば電気自動車、ハイブリッド自動車、電車などに本発明
が適用されてもよい。

【００４７】また本実施形態では自動操舵が行われた
が、車両はレールなどに導かれて走行してもよい。

【００４８】また、本実施形態では車輪速センサおよび
磁気センサ（磁気ネイル検知）を用いて車両位置および
車速を検出したが、他の任意の方法を用いて位置、速度
が検出されてもよい。

【００４９】また、本実施形態では減速の際に摩擦ブレ
ーキが制御されたが、他の任意の減速装置が用いられて
もよい。特に、エンジンブレーキやモータ回生制動など
の原動機ブレーキを単独で使用し、あるいは摩擦ブレー
キと併用することが、エネルギー効率の観点から好まし
い。

【００５０】「自車の制御誤差に対する修正」次に、図
６および図７を参照し、自車の制御に誤差が生じた場合
の修正機能について説明する。

【００５１】実際のシステムに本発明を適用した場合、
強風などの外乱によって大幅な制御誤差が生じることが
あり得る。そこで、図６に示すように、制御誤差の許容
限界ｅ（ｔ）を定義する。Ｓ（ｔ）の上側と下側に、そ
れぞれｅ（ｔ）が設定されている。

【００５２】前述したように、目標位置Ｓ（ｔ）と実車
両位置ｒ（ｔ）の偏差は、ｘ１（ｔ）＝Ｓ（ｔ）−ｒ
（ｔ）である。図６の例に示すように、Ｓ（ｔ）とｒ
（ｔ）が離れ、位置偏差ｘ１（ｔ）が大きくなり、時刻
ｔ０でｘ１（ｔ０）がｅ（ｔ０）より大きくなったとす
る。

【００５３】このとき、目標位置が再定義される（図
６、ＳR（ｔ））。ここでは、ＳR（ｔ）が、（ｔ０，Ｓ
０）と（Ｔ，Ｓ（Ｔ））を結ぶ２次曲線である。Ｓ０
は、時刻ｔ０での実車両位置であり、Ｔは目標停止時刻
である。

【００５４】目標位置ＳR（ｔ）を用いて、目標車速も
再定義する（ｖR（ｔ）＝ＳR′（ｔ））。そして、これ
らの目標値を用いて、状態量を計算し、以降の制御を行
う。

【００５５】図７には、上記の制御が示されている。Ｓ
１０〜Ｓ３０のステップは、図５の同一符号が付された
ステップと同じである。図７には、Ｓ３２およびＳ３４
が追加されている。Ｓ３２では、位置偏差ｘ１（ｔ）
が、制御誤差限界ｅ（ｔ）と比較される。ｅ（ｔ）≧｜
ｘ１（ｔ）｜であれば、そのままＳ４０に進む。しか
し、ｅ（ｔ）＜｜ｘ１（ｔ）｜であれば、Ｓ３４に進
み、図６を用いて説明したように目標位置および目標速
度を再定義する。そして、Ｓ（ｔ）＝ＳR（ｔ）、ｖ
（ｔ）＝ｖR（ｔ）とし、Ｓ４０に進む。Ｓ４０以降の
処理は、図５の処理と同じである。

【００５６】以上のような処理により、自車の制御に誤
差が生じた場合でも、適切な修正ができ、定点、定刻停
止機能を維持できる。

【００５７】なお、隊列の車間距離が約１０ｍであると
して、ｅ（ｔ）は例えば約１ｍである。このような高精
度制御にも本実施形態は好適に適用される。

【００５８】「先行車の制御誤差に対する修正」次に、
図８および図９を参照し、先行車の制御に誤差が生じた
場合の修正が可能な、さらに改良された実施形態を説明
する。

【００５９】実際のシステムに本発明を適用した場合、
たとえ自車両の制御が正確に行われていたとしても、先
行車の制御に誤差が生じると、車間距離が予定からはず
れ、隊列が乱れてしまう。交通システムの円滑な運行を
確保するためにも、隊列の乱れは避けることが望まし
い。そこで、本実施形態では以下の制御を行う。

【００６０】図８の例を参照すると、隊列を形成する３
台の車両（１〜３号車）は、それぞれ、時間に対する目
標位置Ｓ1（ｔ）、Ｓ2（ｔ）、Ｓ3（ｔ）をもってい
る。制動開始時の１号車の位置をＳ1（０）＝０として
いる。ｔ≦０、すなわち定常速度走行中の車間距離は１
０ｍに設定されており、図には示されないが定常走行速
度は３５ｋｍ／ｈである。また、停止時（ｔ＝２０）の
車間距離は１ｍに設定されている。

【００６１】全車両が目標位置に従って走行できれば、
車間距離は１０ｍから１ｍまで徐々に減少する。しか
し、外乱などの要因で一の車両に制御誤差が生じると、
その車両と後続車両の車間距離が縮まる。

【００６２】このような場合に対処するため、本実施形
態では以下のように先行車両との車間距離の許容下限値
ｅｄ（ｔ）を設定する（危険想定車間距離）。

【００６３】ここでは１号車および２号車に着目して説
明する。時刻ｔにおける目標車間距離ｄ（ｔ）は、ｄ
（ｔ）＝Ｓ1（ｔ）−Ｓ２（ｔ）で表される。このｄ
（ｔ）を考慮して、図８の例に点線で示すように、下限
車間距離ｅｄ（ｔ）を設定する。本実施形態では、適当
に定められた下限設定係数ｋを用いて、ｅｄ（ｔ）＝ｋ
・ｄ（ｔ０）と定義されている。

【００６４】一方、実車間距離ｄｒ（ｔ）は、ｒ1
（ｔ）−ｒ2（ｔ）である。制動制御中は、ｄｒ（ｔ）
が下限車間距離ｅｄ（ｔ）と比較される。そして、ｄｒ
（ｔ）が下限車間距離ｅｄ（ｔ）を下回ると、後続車の
目標位置が再定義される。再定義では、車間距離が速や
かに十分に大きくなり、かつ、その後の走行で停止地点
に定刻に到達できるように、時間に対する目標位置が定
められる。

【００６５】図８の例では、２号車の制御は基本的に正
確であるが、１号車の制御に誤差が生じた結果、時刻ｔ
１で実車間距離ｄｒ（ｔ）が下限車間距離ｅｄ（ｔ）に
達している。このとき、２号車の目標位置が再定義され
る（ＳRR（ｔ））。ＳRR（ｔ）は、所定時間ΔｔRで車
間距離が目標値（ｄ（ｔ１＋ΔｔR））に回復するよう
に設定されている。さらに、停車時刻Ｔに停止位置Ｓ
（Ｔ）に到達できるように、ｔ１＋ΔｔRからＴまでの
曲線が設定されている。時刻ｔ＝ｔ１、ｔ＝ｔ１＋Δｔ
Rでは、ショックの発生を防ぐため、前後の目標位置ラ
インが曲線で滑らかに接続されている。

【００６６】さらに、目標位置ＳRR（ｔ）を用いて、目
標車速も再定義する（ｖRR（ｔ）＝ＳRR′（ｔ））。そ
して、これらの目標値を用いて、状態量を計算し、以降
の制御を行う。これにより、車間距離が回復し、隊列の
乱れが速やかに解消する。

【００６７】なお、図８の例において、１号車は、前述
の自車の制御誤差の修正機能をもっている。従って、制
御誤差が所定値に達すると、１号車は、自分の目標位置
を再定義する。

【００６８】また、３号車も２号車と同様の修正機能を
もっている。従って、先行車としての２号車の制御誤差
が生じた場合には、３号車の目標位置が再定義される。

【００６９】さらには、図８において、２号車の目標位
置の再定義に起因して、２号車−３号車間の車間距離が
下限値を下回ることがあり得る。この場合には、３号車
の目標位置も再定義される。

【００７０】図９は、上記の制御処理を一般化して示し
ている。Ｓ１０〜Ｓ１８のステップは、図５、図７の同
一符号が付されたステップと同じである。図９には、Ｓ
２０およびＳ２２が追加されている。Ｓ２０では、実車
間距離ｄｒ（ｔ）が、下限車間距離ｅｄ（ｔ）と比較さ
れる。

【００７１】車両制御ＥＣＵは、通信装置を使って、先
行車の車両位置を取得している。先行車と自車の位置か
ら実車間距離が算出される。また、車両制御ＥＣＵは、
通信装置を使って、先行車の目標位置Ｓ1（ｔ）を取得
している。従って、目標車間距離が分かり、この目標値
から下限値ｅｄ（ｔ）＝ｋ・ｄ（ｔ）が算出される。

【００７２】Ｓ２０において、ｄｒ（ｔ）≧ｅｄ（ｔ）
であれば、そのままＳ３０に進む。しかし、ｄｒ（ｔ）
＜ｅｄ（ｔ）であれば、Ｓ２２に進み、図８を用いて説
明したように、目標位置および目標速度を再定義する。
すなわち、所定時間ΔｔRで車間距離が速やかに増大
し、その後に、最初に設定した定点、定刻停止ができる
ように、目標位置が再定義される（ＳRR（ｔ））。そし
て、Ｓ（ｔ）＝ＳRR（ｔ）、ｖ（ｔ）＝ｖRR（ｔ）と
し、Ｓ３０に進む。Ｓ３０以降の処理は、図７の処理と
同じである。

【００７３】以上のような処理により、先行車の制御に
誤差が生じた場合でも、適切な修正ができる。そして、
定点、定刻停止機能を維持できるとともに、隊列が乱れ
るのを回避でき、隊列走行の円滑な運行を確保できる。

【００７４】なお、本実施形態のように通信装置を車間
距離検出手段の一部として使うことは好適であるが、他
の任意の方法で車間距離を検出してもよく、例えば、自
ら備え付けのセンサで車間距離を検出してもよい。

【００７５】「状態フィードバックゲインＫの設定」最
後に、本発明の制御で用いられる状態フィードバックゲ
インＫの設定方法を説明する。ゲインＫは周知のＬＱ制
御則に従って導出すればよく、例えば、ＬＱ制御は「シ
ステムと制御」（細江繁幸，オーム社，第１版，９７ペ
ージ〜）に開示されており、ここではその概略を述べ
る。

【００７６】下記の状態方程式を考える。Ｘ（ｔ）はｎ
次元状態ベクトル、ｕ（ｔ）はｍ次元制御ベクトル、
Ａ，Ｂはｎ×ｎおよびｎ×ｍの定数行列である。

【００７７】

【数８】Ｘ′（ｔ）＝ＡＸ（ｔ）＋Ｂｕ（ｔ） そして、下記の評価関数Ｊ（Ｘ０）を最小化する状態フ
ィードバック制御則ｕ（ｔ）＝−Ｋ・Ｘ（ｔ）を求め
る。Ｑ、Ｒは、それぞれ適当な次元の定数行列である。

【００７８】

【数９】 この問題の解を求めるために、ｎ×ｎ次の対象行列Ｐに
関する代数方程式を考える。これがリカッチ（Ｒｉｃｃ
ａｔｉ）方程式と呼ばれている。

【００７９】

【数１０】 さらに、

【数１１】 とおく。状態方程式を満たし、評価関数を最小化するフ
ィードバックゲインＫは上記で与えられる。

【００８０】本実施形態の場合は、状態方程式中のＸ
（ｔ）は、前述のように（ｘ１（ｔ），ｘ２（ｔ），ｘ
３（ｔ））である。ｘ１（ｔ），ｘ２（ｔ），ｘ３
（ｔ）は、それぞれ、位置偏差、速度偏差、位置偏差積
分である。また、Ａ、Ｂは、それぞれ下記行列である。
ここで、ｍは車両重量である。

【００８１】

【数１２】 Ａ、Ｂは、状態変数Ｘに応じて左辺と右辺の関係から物
理的に定まる。一方、評価関数中のＲ、Ｑは、制御シミ
ュレーションおよび実車試験により試行錯誤の結果とし
て求められる。例えばＲ、Ｑに下記の値を採用する。

【００８２】

【数１３】 これらの値を用いて求めたＫは、下記のようになる。こ
のＫを制御装置に記憶しておいて、走行制御に使用す
る。

【００８３】

【数１４】Ｋ＝［４５０３ ，６１５７ ，９８］

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、時間に対する車両走行位置の制御が可能となり、定
点・定刻停止をはじめとする好ましい走行動作を実現で
きる。また、ＬＱ制御の適用を可能としたので、収束性
および乗り心地の両立を図れる。さらには、円滑な隊列
走行を確保できるという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の制御に用いられる「時間に対する目
標車両位置」の定義例を示すブロック図である。

【図２】 本発明の制御に用いられる「時間に対する目
標車速」の定義例を示すブロック図である。

【図３】 本発明の実施形態の交通システムの道路側の
構成を示す図である。

【図４】 本発明の実施形態の交通システムの車載装置
の構成を示す図である。

【図５】 図４のシステムに係る、本発明が適用された
減速制御を示すフローチャートである。

【図６】 自車の制御に誤差が生じた場合の修正処理を
示す図である。

【図７】 図６の処理が適用された制御フローチャート
である。

【図８】 隊列走行中に先行車両の制御に誤差が生じた
場合の修正処理を示す図である。

【図９】 図８の処理が適用された制御フローチャート
である。

【図１０】 従来の自動走行制御に用いられるＰＩＤ制
御用の「位置に対する目標速度のマップ」を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 車両制御ＥＣＵ、１２ 車輪速センサ、１４ 磁
気センサ、１８ 通信装置、２８ ブレーキＥＣＵ、３
０ ブレーキアクチュエータ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め定められた目標に従って車両を自動
   走行させる車両走行制御方法であって、 予め時間に対する目標位置を定め、 前記目標位置と実走行位置との位置偏差を表す状態量を
   求め、 前記状態量が少なくなるように車両速度をフィードバッ
   ク制御することを特徴とする車両走行制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の車両走行制御方法にお
   いて、 ＬＱ制御則を用いることを特徴とする車両走行制御方
   法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の車両走行制御方法にお
   いて、 前記状態量は、さらに、時間に対する目標速度および実
   速度の速度偏差を含むことを特徴とする車両走行制御方
   法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の車両走行制御方法にお
   いて、 前記状態量は、さらに、前記位置偏差の積分値である位
   置偏差積分を含むことを特徴とする車両走行制御方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の車両走行制御方法にお
   いて、 前記位置偏差、速度偏差および位置偏差積分を含む状態
   量と、前記状態量を含む状態方程式に基づきリカッチ方
   程式を用いて得られる状態フィードバックゲインと、を
   用いて算出される制御入力を用いて車両速度を制御する
   ことを特徴とする車両走行制御方法。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の車両走行制御方法にお
   いて、 位置偏差ｘ１（ｔ）、速度偏差ｘ２（ｔ）、位置偏差積
   分ｘ３（ｔ）、車両質量パラメータｍ、システム入力量
   ｕ（ｔ）、フィードフォワード要素ｒ″（ｔ）を用いて
   表される下記の状態方程式、 【数１】 にＬＱ制御則を適用することを特徴とする車両走行制御
   方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の車両走
   行制御方法において、 隊列走行中の前方車両の制御誤差が所定値より大きくな
   ったときに、自車両の時間に対する目標位置を再定義
   し、再定義された目標位置に基づいて車両走行を制御す
   ることを特徴とする車両走行制御方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の車両走行制御方法にお
   いて、 前方車両との車間距離が所定値より小さくなったときに
   前記再定義を行うことを特徴とする車両走行制御方法。
9. 【請求項９】 予め定められた目標に従って車両を自動
   走行させる車両走行制御システムであって、 予め定められた時間に対する目標位置を取得する目標位
   置取得手段と、 車両の実走行位置を取得する実位置取得手段と、 目標位置と実走行位置との偏差を表す状態量に基づい
   て、その状態量が少なくなるように車両速度をフィード
   バック制御する速度制御手段と、 を含むことを特徴とする車両走行制御システム。