車両
【課題】先行車両に対して安定した並走追従走行をすること。
【解決手段】追従車両３は、前後方向の制御と左右方向の制御を行うことにより、先行車両２に対して並走追従走行を行う。前後方向の制御は、フィードバック制御と、フィードフォワード制御を行う。フィードフォワード制御では、先行車両２から送信されてくる目標車速を、先行車両２が旋回する際に、追従車両３が先行車両２の内外周を走行することによる速度の増減で補正した値を用いる。左右方向の制御では、方位角φと相対角θを収束させる。この際に、追従車両３は、自車両の代表点７から先行車両２に対する目標点５までの目標点距離Δｍを用いて、φとθの何れを優先的に制御するかを判断する。更に、目標点距離Δｍが小さい場合、即ち、追従車両３と先行車両２が近接している場合には、φを制御する際のゲインを小さくする。
【解決手段】追従車両３は、前後方向の制御と左右方向の制御を行うことにより、先行車両２に対して並走追従走行を行う。前後方向の制御は、フィードバック制御と、フィードフォワード制御を行う。フィードフォワード制御では、先行車両２から送信されてくる目標車速を、先行車両２が旋回する際に、追従車両３が先行車両２の内外周を走行することによる速度の増減で補正した値を用いる。左右方向の制御では、方位角φと相対角θを収束させる。この際に、追従車両３は、自車両の代表点７から先行車両２に対する目標点５までの目標点距離Δｍを用いて、φとθの何れを優先的に制御するかを判断する。更に、目標点距離Δｍが小さい場合、即ち、追従車両３と先行車両２が近接している場合には、φを制御する際のゲインを小さくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に係り、例えば、他車両や自車両からの指令に基づいて、他の車両に並走追従して走行する追従走行に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両が走行する場合、先行する車両（以下、先行車両という）に追従しながらオートクルーズする車両について提案されている。
例えば、次の特許文献１では、単独走行可能な１人乗りの車両において、先行車両がホスト車両として走行し、一方、他の車両が追従車両としてホスト車両の横に並んで並走追従走行する場合について提案されている。
【特許文献１】特開２００６−３３８１１７
【０００３】
以下、従来の追従制御について説明する。
図１０（ａ）は、追従車両３が先行車両２の進行方向に向かって左側を並走する場合を説明するための図である。
追従車両３は、先行車両２の代表点６から横方向距離ａの位置に目標点５を設定する。
そして、追従車両３は、自車両の代表点７と目標点５との前後方向（進行方向、縦方向）の前後偏差Δｄと、左右方向（横方向）の左右偏差Δｗを計算し、これらの偏差が０に収束するように、自車両の車速と旋回をフィードバック制御する。
【０００４】
図１０（ｂ）は、Δｄを収束するフィードバック制御のブロック図である。
追従車両３は、Δｄに比例係数ｋｐ１を掛けたものと、Δｄを時間微分（「ｓ」は微分を表す）して、これに比例係数ｋｄ１を掛けたものを加えることにより、車速指令値ｕＦＢを生成し、これを用いて車速をフィードバック制御（この例はＰＤ制御）する。
車速指令値ｕＦＢは、目標車速や加速度指令や、アクセル開度などによる目標加速度といった車速に関する指令であって、追従車両３の前後方向の移動に関する前後方向指令値である。
【０００５】
図１０（ｃ）は、Δｗを収束するフィードバック制御のブロック図である。
追従車両３は、Δｗに比例係数ｋｐ２を掛けたものと、Δｗを時間微分して、これに比例係数ｋｄ２を掛けたものを加えることにより、旋回方向指令値ｕＬＲを生成し、これにより、追従車両３の旋回をフィードバック制御する。
左右方向指令値ｕＬＲは、旋回角度指令、ハンドル舵角、など、旋回に関する指令であって、追従車両３の左右方向（横方向）の移動に関する左右方向指令値である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、フィードバック制御は、偏差が生じてから初めて制御が行われるため、車両が近接して併走し、高速走行しながら旋回する場合など、特定の場合には応答が遅くて追従制御が十分に行えないという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、先行車両に対して安定した並走追従走行できる車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、先行車両に対して並走追従走行を行う車両であって、前記先行車両に追従するための目標点を取得する目標点取得手段と、前記取得した目標点からの偏差に対してフィードバック制御を行うフィードバック手段と、前記先行車両の車速を制御するための車速制御情報を取得する車速制御情報取得手段と、前記取得した車速制御情報で規定される制御量を、前記先行車両に並走しながら旋回する際に必要な車速の増減量を用いて補正する補正手段と、前記補正手段による補正後の制御量を用いてフィードフォワード制御を行うフィードフォワード手段と、を具備したことを特徴とする車両を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記先行車両との距離を取得する距離取得手段と、前記先行車両が行う旋回の角速度を取得する角速度取得手段と、前記先行車両が旋回する際に、自車両が内周または外周の何れを走行するかを判断する判断手段と、を具備し、前記補正手段は、前記取得した距離と角速度を用いて補正量を取得し、前記判断手段が外周を走行すると判断した場合には、前記制御量を前記補正量だけ増加し、前記判断手段が内周を走行すると判断した場合には、前記制御量を前記補正量だけ減少させることを特徴とする請求項１に記載の車両を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記車速制御情報は、前記先行車両の加速度情報であり、前記補正手段は、前記取得した距離と角速度の積を微分して補正量を取得し、当該微分による補正量の急変を緩和する緩和手段を具備したことを特徴とする請求項２に記載の車両を提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、自車両から前記取得した目標点への方位角を取得する方位角取得手段と、自車両と前記先行車両の進行方向の成す相対角を取得する相対角取得手段と、前記取得した方位角と相対角を用いて制御対象角を取得する制御対象角取得手段と、を具備し、前記フィードバック手段は、前記取得した制御対象角が収束するようにフィードバック制御することを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３のうちの何れか１の請求項に記載の車両を提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、自車両から前記取得した目標点までの目標点距離を取得する目標点距離取得手段を具備し、前記制御対象角取得手段は、前記取得した目標点距離が大きいほど、前記取得した方位角の前記制御対象角への寄与度を大きくすることを特徴とする請求項４に記載の車両を提供する。
（６）請求項６に記載の発明では、前記方位角の前記制御対象角への寄与度には上限が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の車両を提供する。
（７）請求項７に記載の発明では、前記先行車両から旋回を制御するための旋回制御情報を取得する旋回制御情報取得手段と、前記取得した旋回制御情報を用いて前記制御対象角に対してフィードフォワード制御を行う旋回フィードフォワード手段と、を具備したことを特徴とする請求項４、請求項５、又は請求項６に記載の車両を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、先行車両の車速を制御するための車速制御情報を取得し、取得した車速制御情報で規定される制御量を、旋回する際に必要な車速の増減量を用いて補正し、補正後の制御量用いてフィードフォワード制御を行うので、先行車両に対して安定した並走追従走行が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（１）実施の形態の概要
追従車両３（図２）は、前後方向の制御と左右方向の制御を行うことにより、先行車両２に対して並走追従走行を行う。
前後方向の制御は、先行車両２の横に設定した目標点からの偏差を０に収束させるフィードバック制御と、フィードバック制御の応答の遅れを補うフィードフォワード制御を行う。フィードフォワード制御では、先行車両２から送信されてくる目標車速（あるいは、目標加速度）を、先行車両２が旋回する際に、追従車両３が先行車両２の内外周を走行することによる速度の増減で補正した値を用いる。
また、左右方向の制御では、方位角φと相対角θ（図４）を収束させる。この際に、追従車両３は、自車両の代表点７から先行車両２に対する目標点５までの目標点距離Δｍを用いて、φとθの何れを優先的に制御するかを判断する。
更に、目標点距離Δｍが小さい場合、即ち、追従車両３と先行車両２が近接している場合には、φを急激に変化させて追従車両３と先行車両２が接触するのを避けるため、φを制御する際のゲインを小さくする。
【００１１】
（２）実施の形態の詳細
本実施形態の車両は、通常の４輪車両に対しても適用が可能であるが、小型の車両で横方向の旋回自由度が高い車両に適用した場合に特に有効である。
そのため本実施形態では、特に小半径で旋回することが可能な倒立振り子車両（１軸２輪車両等）に適用した場合を例に説明することとする。なお、先行車両も倒立振り子車両を対象として説明するが、それ以外の４輪車両等であってもよい。
【００１２】
倒立振り子車両は、搭乗部の姿勢を感知し、その姿勢に応じて、駆動輪の駆動方向で前後方向のバランスを保持するように姿勢制御を行いながら走行するものである。その姿勢制御の方法としては、例えば、米国特許第６，３０２，２３０号明細書、特開昭６３−３５０８２号公報、特開２００４−１２９４３５公報、特開２００４−２７６７２７公報で開示された各種制御方法が使用可能である。
【００１３】
図１は、本実施形態の車両（追従車両３）の追従制御に関連する構成を表したものである。
図１に示されるように、追従車両３は、ＥＣＵ（エレクトロニック・コントロール・ユニット）１０と、レーザレーダ２０、車速センサ３０、ヨーレートセンサ４０、無線通信装置５０、駆動モータ６０ａ、６０ｂを備えている。
なお、図示しないが、駆動モータ６０ａ、６０ｂなどに駆動用の電力を供給し、また、ＥＣＵ１０に制御用の低電圧の電源を供給する、バッテリも備えている。
【００１４】
ＥＣＵ１０は、図示しない各種プログラムやデータが格納されたＲＯＭ、作業領域として使用されるＲＡＭ、外部記憶装置、インターフェース部等を備えたコンピュータシステムで構成されている。
倒立振り子車両に適用されている本実施形態においては、その姿勢を保持する姿勢制御プログラム、操縦装置からの各種指示信号に基づいて走行を制御する走行制御プログラム、本実施形態における先行車両２に対する追従走行を行うための追従走行プログラム等の各種プログラムがＲＯＭに格納されており、ＥＣＵ１０は、これら各種プログラムを実行することで対応する処理を行う。
【００１５】
また、ＥＣＵ１０は、先行車両相対位置検出部１１、追従制御部１２、車両制御部１３を備えている。
先行車両相対位置検出部１１は、レーザレーダ２０で測定された位置と距離に基づいて、先行車両２の相対位置および向き（進行方向）を検出し、追従制御部１２に供給する。
なお、先行車両２から通信で車速およびヨーレートの情報を受信してもよい。
また、本実施形態では不要であるが、先行車両２から位置座標データを受信してデッドレコニングを行う場合には、自車両（追従車両３）の絶対位置を検出するためにＧＰＳ等の現在位置検出装置を備えるようにしてもよい。
【００１６】
追従制御部１２は、本実施形態における追従走行として、並走追従走行を行う場合の制御指令値（前後方向指令値、左右方向指令値）を車両制御部１３に供給する。
追従制御部１２は、車速センサ３０から車速、ヨーレートセンサ４０からヨーレートを取得する。また、無線通信装置５０で受信した先行車両２の目標指令値を取得する。無線通信装置５０は、先行車両２や他の車両（追従車両を含む）との間で車車間通信によりデータの送受信を行うようになっている。
追従制御部１２は、フィードバック制御とフィードフォワード制御による、前後方向の前後制御部と左右方向の左右制御部を備えている。
追従制御部１２は、先行車両相対位置検出部１１、車速センサ３０、ヨーレートセンサ４０、無線通信装置５０からの各入力に基づいて、前後制御部による前後制御指令値（目標速度、又は目標加速度）と、左右制御部による左右制御指令値（目標回転角速度ω）を車両制御部１３に供給する。
【００１７】
車両制御部１３は駆動モータ６０ａ、６０ｂを制御する。
即ち、車両制御部１３は、追従制御部１２から供給される目標速度（又は目標加速度）となるように、駆動モータ６０ａ、６０ｂを制御する。具体的には、車両制御部１３は、駆動モータ６０用の速度（又は加速度）−電流マップを備えており、このトルク−電流マップに従って、追従制御部１２から供給される目標速度（又は目標加速度）に対応する電流を駆動モータ６０に対して出力するように電流制御を行う。
【００１８】
また、車両制御部１３は、追従制御部１２から供給される目標回転角速度ω（左右制御指令値）で追従車両３が旋回するように、両駆動モータ６０ａ、６０ｂに対して異なる電流を出力することで、両駆動モータの６０ａ、６０ｂの差動により旋回を行うようにしてもよい。
【００１９】
なお、本実施形態では倒立振り子車両を対象に説明しているが、それ以外の車両、例えば、４輪車両等にも適用が可能であり、その場合には、車両は操舵モータを備える。そして、車両制御部１３は、追従制御部１２から供給される目標回転角速度ωに対応する操舵角となるように操舵モータを制御する。
【００２０】
次に、追従車両３が先行車両２と並走追従走行する場合に追従車両３が行う制御について説明する。
追従車両３が並走追従走行するに際して行う制御には、追従車両３が自車両の前後方向（車速方向、縦方向）に対して行う制御と、自車両の左右方向（車速に垂直な方向、横方向）に対して行う制御がある。
そして、前後方向に対して行う制御は、更に、目標速度で制御を行う場合と目標加速度で制御を行う場合があり、どちらを採用するかは、追従車両３の設計による。
そこで、本実施の形態では、追従車両３が先行車両２に並走追従走行する制御について、目標速度を用いて前後方向に行う場合、目標加速度を用いて前後方向に行う場合、左右方向に行う場合、の３つについて説明する。
【００２１】
なお、先行車両２と追従車両３の関係は、図１０の従来例と同様とし、追従車両３は、先行車両２の代表点６から左右方向（追従車両３が並列追従する側）のａの位置に目標点５を設定し、追従車両３の代表点７と目標点５との間には、左右方向の左右偏差Δｗ、前後方向の前後偏差Δｄが発生するとする。
これらΔｗ、Δｄは、追従車両３がレーザレーダ２０（図１）で先行車両２の位置を測定したり、あるいは、先行車両２から無線通信により先行車両２の現在位置を送信してもらうなどして得ることができる。
【００２２】
［目標速度を用いて前後方向に行う制御］
図２を用いて本制御の基本概念について説明する。
追従車両３は、先行車両２の左側を並走追従走行しており、先行車両２が、代表点６から距離ｒの位置にある旋回中心Ｃを中心として、旋回角速度（目標角加速度）ωで右旋回を行う場合について考える。
追従車両３は、先行車両２の代表点６を基準に定まる目標点５（図では代表点７と重なっている）と自車両の代表点７が一致するようにフィードバック制御すると共に、応答を高めるため、先行車両２から目標速度を送信してもらい、自車両も目標速度となるようにフィードフォワード制御も行っている。
このように、追従車両３は、先行車両２に追従するための目標点５を取得する目標点取得手段を備えている。
【００２３】
ところで、先行車両２が直進している場合には、先行車両２と追従車両３の車速が等しいため、当該フィードフォワード制御にて足りるが、先行車両２が旋回する場合、追従車両３が先行車両２の外周を走向する場合には、追従車両３の車速は先行車両２よりも早くする必要があり、内周を走向する場合には、追従車両３の車速は先行車両２よりも遅くする必要がある。
そのため、先行車両２は、旋回に伴う車速の増減を計算して、これを先行車両２から送られてきた目標速度に加減して、これをフィードフォワード制御に用いる。
【００２４】
図２の場合、先行車両２の車速（前後方向の速度）ｖ１は、ｒωとなる。
代表点６、７間の距離を実車間距離ａＲとすると、追従車両３が、先行車両２の外周を並走追従走行する場合、追従車両３の車速（前後方向の速度）ｖ２は、（ｒ＋ａＲ）ωとなる。
このため、追従車両３は、先行車両２よりも（ｒ＋ａＲ）ω−ｒω＝ａＲωだけ、早く走行する必要があり、追従車両３は、先行車両２から送信されてきた目標速度にａＲωを加算した値を自車両の目標速度とする。
【００２５】
一方、追従車両３が先行車両２の内周側を並走する場合には、先行車両２から送信されてきた目標速度からａＲωを減算した値を自車両の目標速度とする。
このようにして、追従車両３は、先行車両２に対して並走追従走向する場合、先行車両２の旋回によって生じる目標速度の過不足を補正し、当該補正後の値にてフィードフォワード制御することができる。
【００２６】
図３（ａ）は、上記の制御を行う前後方向制御処理部７０の機能ブロック図である。
前後方向制御処理部７０は、フィードバック制御を行うフィードバック処理部７２とフィードフォワード制御を行うフィードフォワード処理部７１から構成されている。
なお、これら機能部は、例えば、ＥＣＵ１０のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が制御処理用のプログラムを実行することにより構成される。
【００２７】
フィードバック処理部７２は、前後偏差Δｄが０に収束するようにフィードバック制御する処理部であり、前後偏差Δｄが入力されると、これに比例係数ｋｐ１を乗ずると共に、前後偏差Δｄを時間微分して（図中の「ｓ」）これに比例係数ｋｄ１を乗じ、これらを加算して出力する。
これにより、追従車両３は、Δｄが大きくなるほど（ゲインはｋｐ１）、また、Δｄの変化量が大きいほど（ゲインはｋｄ１）、車速を上昇させて、Δｄを０に収束させる。
【００２８】
フィードバック処理部７２が行う処理は、従来技術で行うフィードバック処理と同様に前後方向の距離を一定に保つ技術であり、一般にアダプティブオートクルーズ装置で行なわれているものと同様の制御である。
このように、フィードバック処理部７２は、目標点５からの偏差に対してフィードバック制御を行うフィードバック手段として機能している。
【００２９】
前後方向制御処理部７０は、従来のフィードバック処理部７２に加えて、フィードフォワード処理部７１を備えている。これは、次のような背景による。
フィードバック制御は、制御対象の遅れやむだ時間など、信号入力から動作発現までの遅延が小さい場合は、制御対象を厳密に制御することが可能であるが、自動車のように遅延が大きいものの場合、動作のオーバーシュートやハンチングなどが生じる場合がある。
このため、フィードバック制御は、車両の追従走行で車間距離を厳密に維持するのには適しておらず、例えば、高速道路を高速走行しながら数十ｍの車間距離で使用するなど、厳密な車間距離の維持を行わない場合に用いられている。
そこで、追従車両３は、追従制御の応答性をあげるために前後方向制御処理部７０にフィードフォワード処理部７１を設けた。
【００３０】
フィードフォワード処理部７１には、まず、先行車両２から無線送信されてくる前後方向指令値ｕＬＦＢ（目標速度で制御するため、ここでは、先行車両２の目標速度）が入力される。
ここで、前後方向指令値ｕＬＦＢは、先行車両２の車速を制御するための車速制御情報として機能しており、このため、追従車両３は、車速制御情報取得手段を備えている。
【００３１】
更に、フィードフォワード処理部７１には、実車間距離ａＲと左右方向指令値ｕＬＬＲが入力される。そして実車間距離ａＲと左右方向指令値ｕＬＬＲは、車速増減関数ｆｖｔにより演算され、その演算値が前後方向指令値ｕＬＦＢと加算される。
実車間距離ａＲは、代表点６、７の距離であり、レーザレーダ２０による測定や先行車両２との通信によって得ることができる。このように、追従車両３は、先行車両２との距離を取得する距離取得手段を備えている。
【００３２】
また、左右方向指令値ｕＬＬＲは、先行車両２から受信したものであり、先行車両２の旋回に関する情報、例えば、ステアリング量など、少なくとも先行車両２の目標角速度ωを特定することができる情報である。
左右方向指令値ｕＬＬＲからは、先行車両２の目標角速度ωが得られるようになっており、このため、追従車両３は、先行車両が行う旋回の角速度を取得する角速度取得手段を備えている。
車速増減関数ｆｖｔは、追従車両３が先行車両２の外周を走向する場合には、ｆｖｔ＝ａＲωであり、内周を走向する場合には、ｆｖｔ＝−ａＲωである。
【００３３】
このように、フィードフォワード処理部７１は、追従車両３が先行車両２の外周を走向する場合には、先行車両２の目標速度（前後方向指令値ｕＬＦＢ）にａＲωを加算して先行車両２の目標速度を補正し、内周を走向する場合には、先行車両２の目標速度からａＲωを減算して先行車両２の目標速度を補正し、追従車両３が先行車両２と共に旋回できる車速を出力する。
【００３４】
このように、フィードフォワード処理部７１は、車速制御情報（前後方向指令値ｕＬＦＢ）で規定される制御量を、先行車両２に並走しながら旋回する際に必要な車速の増減量（ａＲω）を用いて補正する補正手段と、当該補正手段による補正後の制御量（車速情報）を用いてフィードフォワード制御を行うフィードフォワード手段を備えている。
更に、追従車両３は、先行車両２が旋回する際に、自車両が内周または外周の何れを走行するかを判断する判断手段を備えており、補正手段は、距離（実車間距離ａＲ）と角速度（目標角速度ω）を用いて補正量を取得し、判断手段が外周を走行すると判断した場合には、制御量を補正量だけ増加し、判断手段が内周を走行すると判断した場合には、制御量を補正量だけ減少させている。
【００３５】
このように、フィードバック処理部７２による処理とフィードフォワード処理部７１による処理を行った後、前後方向制御処理部７０は、フィードバック処理部７２とフィードフォワード処理部７１の出力を加算して前後方向指令値ｕＦＢとし、追従車両３は、前後方向指令値ｕＦＢに基づいて車速を増減させる。
このように、追従車両３は、偏差ｄを０に収束させるフィードバック制御と、補正された先行車両２の目標速度で走行するフィードフォワード制御を並行して行い、フィードバック制御による追従性を実現すると共に、フィードバック制御の応答性の不足をフィードフォワード制御で補完することができる。
【００３６】
仮に、車速増減関数ｆｖｔによる補正がなく、フィードフォワード制御を前後方向指令値ｕＬＦＢだけで行った場合には次のようになる。
先行車両２が旋回し、追従車両３が先行車両２の外周を走行しているとする。
この場合、先行車両２が追従車両３に送信する前後方向指令値ｕＬＦＢによる目標車速では、追従車両３の車速が足りないため、追従車両３は、目標点５から遅れをとる。
【００３７】
すると、追従車両３は、フィードフォワード制御の応答の減退を補完するためにフィードバック制御を主として行うことになり、フィードフォワード制御による効果が得られない。
特に、例えば旋回開始時や旋回終了時など、先行車両２と追従車両３の速度が大きく異なる場合には、このような傾向が顕著となる。
【００３８】
このように、車速増減関数ｆｖｔによる補正がないと、旋回時にはほとんどフィードバック制御を行うことになり、フィードバック制御の応答性の低さから、車間距離の厳密な調整は困難となる。
そこで、フィードフォワード処理部７１において、車速増減関数ｆｖｔを用いて左右方向指令値ｕＬＬＲを補正すると、旋回時でもフィードフォワード制御を有効に作用させることができる。
【００３９】
以上のように、追従車両３は、先行車両２に横追従し、更に、車両の制御が目標速度で行なわれる場合、前後方向制御処理部７０は、先行車両２の旋回半径、旋回速度に応じて、追加（先行車両２が内側）、あるいは減少（先行車両２が外側）させる速度を算出し、先行車両２から通信で得た先行車制御量（速度目標値）とともに、フィードフォワード制御を行なう。
更に、追従車両３は、フィードバック処理部７２によって縦方向偏差に対してのフィードバック制御も同時に行ない、制御量として統合することができる。
【００４０】
［目標加速度を用いて前後方向に行う制御］
図３（ｂ）は、前後方向制御処理部７３の機能ブロック図であり、前後方向の制御を目標加速度を用いて行う。
前後方向制御処理部７３は、前後方向制御処理部７０のフィードフォワード処理部７１をフィードフォワード処理部７４で置き換えたものであり、フィードバック処理部７２の構成は前後方向制御処理部７０と同様である。
【００４１】
前後方向制御処理部７３は、目標加速度による制御を行うため、フィードフォワード処理部７４に入力される前後方向指令値ｕＬＦＢは、例えば、先行車両２のアクセル開度情報、ブレーキ情報など、先行車両２の目標加速度を表す情報となる。
このように、この例では、目標加速度が車速制御情報として機能している。
【００４２】
フィードフォワード処理部７４に入力される実車間距離ａＲ、左右方向指令値ｕＬＬＲ、及び車速増減関数ｆｖｔは、フィードフォワード処理部７１と同様である。
そして、フィードフォワード処理部７４は、車速増減関数ｆｖｔの出力を時間で微分（図中の「ｓ」）する。
【００４３】
車速増減関数ｆｖｔからは、刻々と車速の増減が出力されるが、これを時間で微分することにより、車速増減の変化率、即ち、加速度が得られる。
ところで、車速増減関数ｆｖｔの出力を微分すると、例えば、左右方向指令値ｕＬＬＲが急激に変化する場合などには、微分値がインパルス状になることがある。
このように、微分操作により信号がインパルス状になると、追従車両３はこれに応答して追従することができないため、図中の「１／（１＋Ｔｓ）」により一次遅れの操作を行い、信号の急激な変化を緩和し（なまし）、これを前後方向指令値ｕＬＦＢに加算する。
【００４４】
ここで、時定数Ｔは追従車両３の応答性などを考慮して決められた適当な定数である。
このようにして、前後方向制御処理部７３は、加速度により前後方向指令値ｕＦＢを生成することができ、追従車両３は、前後方向指令値ｕＦＢを目標加速度として車速を制御する。
このように、この例では、先行車両２から送られてくる車速制御情報は、先行車両２の加速度情報（目標加速度）であり、補正手段は、距離（ａＲ）と角速度（左右方向指令値ｕＬＬＲから得られる）の積を微分して補正量を取得し、追従車両３は、当該微分による補正量の急変を緩和する緩和手段（一次遅れの項）を備えている。
【００４５】
ところで、このように目標加速度を用いたシステムを構成する背景について説明しておく。
実際の制御を考えた場合、制御対象は目標加速度を用いるものが実現しやすい。例えば、自動車のアクセルは加速度を調整するものであり、電気自動車であれば、モータも出力トルクを制御するよう構成されている場合が多い。
このため、制御出力も加速度指令値であることが望ましいが、ｆｖｔで算出されるものが目標速度であるため、これを加速度に変換する必要がある。そこで、前後方向制御処理部７３は、この値を微分することとした。
【００４６】
しかし、微分のみでは、演算結果がインパルス的に立ち上がることが多く、制御対象の応答性では追従できない場合があるため、前後方向制御処理部７３は、この微分値に一次遅れを施すことにより、制御対象の応答性に適合させている。
この一次遅れの時定数Ｔは、車両の応答性を考慮して決められる。例えば、制御対象（車両）の前後方向の物理モデルが一次遅れとして近似できる場合は、この時定数Ｔｖ以上の値で設定する（Ｔ＞Ｔｖ）。また、むだ時間Ｔｆも含む場合は、これも加算して、それ以上の値に設定する（Ｔ＞Ｔｖ＋Ｔｆ）。物理モデルが二次以上の高次の遅れで表現される場合は、一次遅れに近似して前記基準を適用する。
【００４７】
以上のように、前後方向制御処理部７３では、先行車両２に横追従し、更に、車両の制御が目標加速度で行なわれる場合、追従車両３は、先行車両２の旋回半径、旋回速度に応じて、追加（先行車両２が内側）、あるいは減少（先行車両２が外側）させる速度を算出し、これを微分して、先行車両２から通信等で得た先行車制御量（加速度目標値）とともに、フィードフォワード制御を行なう。
そして、微分操作によりインパルス状になった指令値に対して、自車両の応答性を考慮した一次遅れ操作を指令値に施すことにより、自車両が応答可能な指令値を作用させる。
更に、追従車両３は、フィードバック処理部７２によって縦方向偏差に対してのフィードバック制御も同時に行ない、制御量として統合する。
【００４８】
［左右方向に行う制御］
図４は、左右方向に行う制御の基本概念を説明するための図である。
追従車両３の代表点７が目標点５から、前後偏差Δｄ、左右偏差Δｗだけ変位しており、追従車両３と目標点５の成す角度を方位角φ、先行車両２と追従車両３の進行方向の成す角度（先行車両２と追従車両３の向きの差）を相対角θとする。
【００４９】
車両のような非ホロノミック系では、相対角θの収束と、目標点５への収束を同時に実現することは困難であり、解は存在しない。
そこで、本実施の形態では、どちらか、より緊急度の高い、放置すると衝突の可能性があるパラメータを先に収束させるような構成をとる。
そのため、追従車両３では、方位角φと相対角θを用いて最終旋回角（収束させる制御対象角に相当）を設定し、これを収束させることにより、上記収束が成されるようにした。
【００５０】
より具体的には、方位角φと相対角θを関数で演算することにより最終旋回角を計算するが、この計算において、代表点７と目標点５の目標点距離Δｍをパラメータとして、方位角φの寄与度を重みづけする。
これにより、先行車両２と追従車両３が近接している場合に（目標点距離Δｍが小さい場合に）、方位角φを急激に変化させると、先行車両２と追従車両３が接触する可能性があるため、方位角φを少しずつ変化させ（ゲインを小さくし）、目標点距離Δｍが大きいときは、接触の可能性がないため、方位角φを大きく変化させる（ゲインを大きくする）。
また、目標点距離Δｍが大きいほど、ゲインを大きくしていくと、出力（方位角φの変化）が大きくなりすぎる場合があるため、図５に示したように、目標点距離Δｍが所定値ｋ以上の場合には一定値となるように出力に上限を設けた。
このように、方位角φの最終旋回角（制御対象角）への寄与度には上限が設けられている。
【００５１】
図６は、左右方向の制御を行う左右方向制御処理部７５の機能ブロック図である。
左右方向制御処理部７５には、目標点距離Δｍ、方位角φ、相対角θが入力されてフィードバック制御に用いられ、左右方向指令値ｕＬＬＲがフィードフォワード制御に用いられる。
このように、追従車両３は、自車両から目標点５への方位角φを取得する方位角取得手段と、自車両と先行車両２の進行方向の成す相対角θを取得する相対角取得手段と、自車両から目標点５までの目標点距離Δｍを取得する目標点距離取得手段を備えている。
【００５２】
左右方向制御処理部７５は、目標点距離Δｍに比例定数ｋＬ１を乗じ、更に、これに方位角φを乗じて第１目標旋回角度ψを算出する。
そして、左右方向制御処理部７５は、第１目標旋回角度ψと相対角θに関数ｆｓｔを作用させ、その結果出力される最終旋回角度に定数ｋＡ１を乗じ、フィードバック制御用の信号を生成する。
【００５３】
ここで、関数ｆｓｔは、方位角φと第１目標旋回角度ψの符号を調べ、符号が異なる場合には、φとψの和を最終旋回角度として出力し、符号が同じ場合には、絶対値が大きい方を最終旋回角度として出力する。
即ち、関数ｆｓｔは、ｓｇｎ（θ）≠ｓｇｎ（ψ）の場合には、θ＋ψを出力し、ｓｇｎ（θ）＝ｓｇｎ（ψ）かつ｜θ｜≧｜ψ｜の場合には、θを出力し、ｓｇｎ（θ）＝ｓｇｎ（ψ）かつ｜θ｜＜｜ψ｜の場合にはψを出力する。
ここで出力された最終旋回角は、方位角φと相対角θを用いて得られた制御対象角として機能し、追従車両３は、制御対象角を取得する制御対象角取得手段を備え、また、最終旋回角を収束するようにフィードバック制御するフィードバック手段を備えている。
【００５４】
更に、左右方向制御処理部７５は、当該フィードバック制御用の信号に左右方向指令値ｕＬＬＲを加算してフィードフォワード制御も行い、フィードバック制御とフィードフォワード制御の両方が行われた左右方向指令値ｕＬＲを出力する。
左右方向指令値ｕＬＲは、旋回角速度指令やハンドル舵角指令などとして使用され、追従車両３は、左右方向指令値ｕＬＲに従って、旋回を制御する。
このように、追従車両３は、先行車両２から旋回を制御するための旋回制御情報（左右方向指令値ｕＬＬＲ）を取得する旋回制御情報取得手段と、この旋回制御情報を用いて制御対象角に対してフィードフォワード制御を行う旋回フィードフォワード手段を備えている。
【００５５】
左右方向制御処理部７５は、以上のように信号を処理するが、その意味するところは次の通りである。
まず、左右方向制御処理部７５は、目標点距離ΔｍをｋＬ１倍して方位角φを乗じることにより第１目標旋回角度ψを算出しているが、この第１目標旋回角度ψは、相対角θに対する方位角φの相対的な優先度を比較するため、方位角φを目標点距離Δｍで重みづけした量である。
【００５６】
このように、第１目標旋回角度ψは、方位角φに目標点距離Δｍを乗じているため、方位角φの優先度は、目標点距離Δｍに依存することになり、その依存の程度を表す因子（緊急度を決定する因子）がｋＬ１である。
即ち、目標点距離Δｍが小さいほど（先行車両２と追従車両３が近いほど）、第１目標旋回角度ψが小さくなり、方位角φの優先度が低くなり、一方、目標点距離Δｍが大きいほど第１目標旋回角度ψが大きくなり、方位角φの優先度が高くなり、ｋＬ１は、相対角θに対する方位角φの優先度を相対的に決定している。
このように、目標点距離Δｍが大きいほど、方位角φの優先度が高まり、最終旋回角（制御対象角）への寄与度が大きくなる。
【００５７】
ｋＬ１の値は、例えば、次のようにして規定することができる。
追従車両３の制御時に許容できる目標点５からのずれ量をあらかじめ設定し、この値がΔｐであったとき１を出力するように設定する。例えば、０．３ｍを許容できるずれ量Δ
ｐであった場合、０．３ｋＬ１＝１よりｋＬ１＝３．３となる。
【００５８】
また、上ではｋＬ１を乗算項として表現しているが、関数として表現してもよい。
関数とする場合は、例えば上記３．３を基本とし、Δｐが大きい場合に出力を制限する
、図５のような関数となる。これは、Δｐが極端に大きくなる可能性がある場合に、挙動
が不安定になるのを防ぐことができる。
挙動が不安定にならないようなｋは、実験的に決定することができる。
【００５９】
関数ｆｓｔは、方位角φと相対角θの優先度を評価し、これを用いて最終旋回角度を出力する。
ここで、関数ｆｓｔは、方位角φの比較に第１目標旋回角度ψを用い、目標点距離Δｍが加味された方位角φ（即ちψ）と相対角θを比較する。
これにより、目標点５から遠く離れているような場合には、方位角φの影響度が大きくなり（第１目標旋回角度ψが大きく出力される）優先的に目標点５への収束を行う。
【００６０】
また、ほぼ目標点５を満たしているような場合は、方位角φの影響度が小さくなり（第１目標旋回角度ψが小さく出力される）、優先的に相対角θを０にする。
関数ｆｓｔは、相対的に調整された第１目標旋回角度ψと、相対角θとを、その符号と値の大小で比較し、判断を最終的に行って出力を決定する。
【００６１】
ｋＡ１は、制御系のフィードバック比例定数であり、採択された角度（関数ｆｓｔが出力した最終目標角度）を実現するためのフィードバックゲインである。更に、ｋＡ１に微分定数や積分定数を追加してもよい。
【００６２】
ところで、従来の左右方向の制御としては、例えばレーンキープ装置として用いられるものがある。
これは、例えば白線を認識して、車線内にとどまるように制御する装置であるが、これも高速道路のように、曲率が小さい（旋回半径が大きい）道路で主に使用される装置であり、急激な旋回などには対応していない。
【００６３】
また、左右方向の制御について制御の応答性を向上させるために、先行車両２からの操舵角等の旋回情報を取得してこれを用いてフィードフォワード制御を行うことも可能である。
しかし、フィードフォワード制御は、先行車両２と追従車両３の向きがほとんど変わらない場合は効果的に機能するが、向きの違いが大きくなるにつれ、追従制御の効果が薄れるばかりか、先行車両２と追従車両３が接触する可能性もある。
【００６４】
従来の技術では、数メートルの車間距離を維持し、縦または横に並んで走行する車両への利用を考えた場合、応答性や車間距離の制御精度に問題があり、このままでは車両が接触する可能性がある。また制御定数を厳密に選択したとしても、特定の速度や、旋回半径など、限られた場合にしか使用できない装置となってしまい、実用的ではない。
【００６５】
そこで、左右方向制御処理部７５は、方位角φと相対角θの優先度を判定して、これら２つの角度によるきめの細かい制御を行うと共に、先行車両２と追従車両３が近接している場合には方位角φを制御する際のゲインを低くするなどして、先行車両２と追従車両３が接触する可能性を低減している。
【００６６】
このように、左右方向制御処理部７５は、追従車両３から目標点５への方位角φと、先行車両２と追従車両３の向きの差である相対角θとを用いて、最終旋回角度を目標相対角として算出し、これに対してフィードバック制御を行う。
そして、左右方向制御処理部７５は、方位角φに対し、目標点５までの目標点距離Δｍに応じたゲインｋＬ１を乗じることで、目標点５の近傍での過度な反応を低減する。
更に、左右方向制御処理部７５は、先行車両２から通信などで得た左右方向指令値ｕＬＬＲ（先行車制御量、より具体的には旋回角速度目標値、あるいは旋回半径目標値など）をもとに、フィードフォワード制御も同時に行い、制御量として統合する。
【００６７】
図７は、ＥＣＵ１０が行う並列追従走行時の追従制御手順を説明するためのフローチャートである。
以下の処理は、ＥＣＵ１０のＣＰＵが所定のプログラムに従って行うものである。
まず、追従車両３は、先行車両２の現在位置から目標点５の位置を算出する（ステップ５）。
次に、追従車両３は、前後方向指令値ｕＦＢを計算し（ステップ１０）、更に、左右方向指令値ｕＬＲを計算する（ステップ１５）。
そして、追従車両３は、前後方向指令値ｕＦＢを用いて前後方向の制御を行い、左右方向指令値ｕＬＲを用いて左右方向の制御を行う（ステップ１７）。
以下、ＥＣＵ１０は、ステップ５〜１７を繰り返す。
【００６８】
図８は、前後方向制御処理部７０が行う前後方向指令値計算処理の手順を説明するためのフローチャートである。
まず、追従車両３は、先行車両２との実車間距離ａＲを検出する（ステップ２０）。
次に、追従車両３は、通信などにより先行車両２から左右方向指令値ｕＬＬＲを受信する（ステップ２５）。
【００６９】
次に、追従車両３は、先行車両２との位置関係を把握する（ステップ３０）。即ち、追従車両３は、レーザレーダ２０を用いるなどして先行車両２を認識し、先行車両２の左右どちら側を並列走行しているか把握する。
追従車両３は、自車両の位置と、左右方向指令値ｕＬＬＲから得られる旋回方向から、自車両が外周側になるのか、あるいは内周側になるのかを判断することができる。
【００７０】
次に、追従車両３は、左右方向指令値ｕＬＬＲから目標角速度ωを算出し（ステップ３５）、実車間距離ａＲと目標角速度ωを車速増減関数ｆｖｔに入力して先行車両２に対する速度の増減分を算出する（ステップ４０）。
更に、追従車両３は、先行車両２から受信した前後方向指令値ｕＬＦＢを取得する（ステップ４５）。
【００７１】
そして、追従車両３は、前後偏差Δｄを計算し（ステップ５０）、車速増減関数ｆｖｔの出力、前後方向指令値ｕＬＦＢ、及び前後偏差Δｄによるフィードバック制御信号を加えて前後方向指令値ｕＦＢを算出する（ステップ５５）。
以上、前後方向制御処理部７０が行う処理について説明したが、前後方向制御処理部７３が行う処理も同様である。
【００７２】
図９は、左右方向指令値計算処理の手順を説明するためのフローチャートである。
まず、追従車両３は、目標点距離Δｍを算出し（ステップ６０）、更に、方位角φを算出する（ステップ６５）。
次に、追従車両３は、目標点距離ΔｍにゲインとしてｋＬ１を掛け（ステップ７０）、更に、これに方位角φを掛けて第１目標旋回角度ψを算出する（ステップ７５）。
【００７３】
次に、追従車両３は、先行車両２との相対角θを算出し（ステップ８０）、関数ｆｓｔによる判定を行う（ステップ８５）。
追従車両３は、第１目標旋回角度ψと相対角θの符号が異なる場合（ステップ８５；Ｙ）、追従車両３は、θ＋ψを最終旋回角度とする（ステップ９５）。
一方、第１目標旋回角度ψと相対角θの符号が同じ場合（ステップ８５；Ｎ）、追従車両３は、相対角θの絶対値と第１目標旋回角度ψの絶対値を比較する（ステップ９０）。
【００７４】
比較の結果、相対角θの絶対値が第１目標旋回角度ψよりも小さかった場合（ステップ９０；Ｙ）、追従車両３は、第１目標旋回角度ψを最終旋回角度とし（ステップ１００）、相対角θの絶対値が第１目標旋回角度ψ以上であった場合（ステップ９０；Ｎ）、追従車両３は、相対角θを最終旋回角度とする（ステップ１０５）。
【００７５】
このようにして最終旋回角度を決定した後、追従車両３は、左右方向指令値ｕＬＬＲを取得し（ステップ１１０）、最終旋回角度にｋＡ１を乗じた値と左右方向指令値ｕＬＬＲを加算して左右方向指令値ｕＬＲを出力する（ステップ１１５）。
【００７６】
以上に説明した本実施の形態により、次のような効果を得ることができる。
（１）追従車両３は、先行車両２に対して並走追従走行するにあたり、前後方向の制御に関しては、フィードバック制御に加えて、先行車両２からの前後方向指令値ｕＬＦＢによるフィードフォワード制御を行うことができる。
そして、このフィードフォワード制御において、先行車両２が旋回する場合に必要な追従車両３の車速の増減を計算し、これを用いて前後方向指令値ｕＬＦＢを補正することができる。
（２）補正した情報によりフィードフォワード制御するため、旋回中も、目標点５からのずれが小さく、フィードフォワード制御を効果的に持続することができる。
（３）目標加速度を用いてフィードフォワード制御する場合、先行車両２が旋回する場合に必要な追従車両３の車速の増減の微分に一次遅れの項を作用させることにより、フィードフォワード信号のインパルスを抑制することができる。
（４）追従車両３は、先行車両２に対して並走追従走行するにあたり、前後方向の制御に関しては、方位角φと相対角θを用いて最終旋回角を決定することができる。
（５）方位角φを収束させるためのゲインを目標点距離Δｍによって変化させることができ、先行車両２と追従車両３が接近している場合に、方位角φが急激に変化して両車両が接触するのを防ぐことができる。
（６）先行車両２と追従車両３が所定の距離以上離れている場合には、方位角φを収束させるためのゲインが一定となり、方位角φの急激な変化を抑制している。
（７）非ホロノミック性をもつ車両において、前後方向、あるいは左右方向に短い車間距離で追従を行い、群走行を実現するシステムにおいて、前後方向制御と、左右方向制御の安定性を同時に保つことができる。
【００７７】
また、本実施の形態は、次の構成を提供することができる。
先行車両に対して並走追従走行を行う車両であって、前記先行車両に追従するための目標点を取得する目標点取得手段と、自車両から前記取得した目標点への方位角を取得する方位角取得手段と、自車両と前記先行車両の進行方向の成す相対角を取得する相対角取得手段と、前記取得した方位角と相対角を用いて制御対象角を取得する制御対象角取得手段と、前記取得した制御対象角が収束するようにフィードバック制御するフィードバック手段と、を具備したことを特徴とする車両（第１の構成）。
自車両から前記取得した目標点までの目標点距離を取得する目標点距離取得手段を具備し、前記制御対象角取得手段は、前記取得した目標点距離が大きいほど、前記取得した方位角の前記制御対象角への寄与度を大きくすることを特徴とする第１の構成の車両（第２の構成）。
前記方位角の前記制御対象角への寄与度には上限が設けられていることを特徴とする第２の構成の車両（第３の構成）。
前記先行車両から旋回を制御するための旋回制御情報を取得する旋回制御情報取得手段と、前記取得した旋回制御情報を用いて前記制御対象角に対してフィードフォワード制御を行う旋回フィードフォワード手段と、を具備したことを特徴とする第１の構成、第２の構成、又は第３の構成の車両（第４の構成）。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】追従車両の構成を示した図である。
【図２】追従車両が行う前後方向の制御の基本概念を説明するための図である。
【図３】前後方向制御処理部の機能ブロック図である。
【図４】追従車両が行う左右方向の制御の基本概念を説明するための図である。
【図５】方位角φの寄与度の上限を説明するための図である。
【図６】左右方向制御処理部の機能ブロック図である。
【図７】並列追従走行時の追従制御手順を説明するためのフローチャートである。
【図８】前後方向指令値計算処理の手順を説明するためのフローチャートである。
【図９】左右方向指令値計算処理の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１０】従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７９】
２ 先行車両
３ 追従車両
５ 目標点
６ 代表点
７ 代表点
１０ ＥＣＵ
１１ 先行車両相対位置検出部
１２ 追従制御部
１３ 車両制御部
２０ レーザレーダ
３０ 車速センサ
４０ ヨーレートセンサ
５０ 無線通信装置
６０ａ、６０ｂ 駆動モータ
７０ 前後方向制御処理部
７１ フィードフォワード処理部
７２ フィードバック処理部
７３ 前後方向制御処理部
７４ フィードフォワード処理部
７５ 左右方向制御処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に係り、例えば、他車両や自車両からの指令に基づいて、他の車両に並走追従して走行する追従走行に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両が走行する場合、先行する車両（以下、先行車両という）に追従しながらオートクルーズする車両について提案されている。
例えば、次の特許文献１では、単独走行可能な１人乗りの車両において、先行車両がホスト車両として走行し、一方、他の車両が追従車両としてホスト車両の横に並んで並走追従走行する場合について提案されている。
【特許文献１】特開２００６−３３８１１７
【０００３】
以下、従来の追従制御について説明する。
図１０（ａ）は、追従車両３が先行車両２の進行方向に向かって左側を並走する場合を説明するための図である。
追従車両３は、先行車両２の代表点６から横方向距離ａの位置に目標点５を設定する。
そして、追従車両３は、自車両の代表点７と目標点５との前後方向（進行方向、縦方向）の前後偏差Δｄと、左右方向（横方向）の左右偏差Δｗを計算し、これらの偏差が０に収束するように、自車両の車速と旋回をフィードバック制御する。
【０００４】
図１０（ｂ）は、Δｄを収束するフィードバック制御のブロック図である。
追従車両３は、Δｄに比例係数ｋｐ１を掛けたものと、Δｄを時間微分（「ｓ」は微分を表す）して、これに比例係数ｋｄ１を掛けたものを加えることにより、車速指令値ｕＦＢを生成し、これを用いて車速をフィードバック制御（この例はＰＤ制御）する。
車速指令値ｕＦＢは、目標車速や加速度指令や、アクセル開度などによる目標加速度といった車速に関する指令であって、追従車両３の前後方向の移動に関する前後方向指令値である。
【０００５】
図１０（ｃ）は、Δｗを収束するフィードバック制御のブロック図である。
追従車両３は、Δｗに比例係数ｋｐ２を掛けたものと、Δｗを時間微分して、これに比例係数ｋｄ２を掛けたものを加えることにより、旋回方向指令値ｕＬＲを生成し、これにより、追従車両３の旋回をフィードバック制御する。
左右方向指令値ｕＬＲは、旋回角度指令、ハンドル舵角、など、旋回に関する指令であって、追従車両３の左右方向（横方向）の移動に関する左右方向指令値である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、フィードバック制御は、偏差が生じてから初めて制御が行われるため、車両が近接して併走し、高速走行しながら旋回する場合など、特定の場合には応答が遅くて追従制御が十分に行えないという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、先行車両に対して安定した並走追従走行できる車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、先行車両に対して並走追従走行を行う車両であって、前記先行車両に追従するための目標点を取得する目標点取得手段と、前記取得した目標点からの偏差に対してフィードバック制御を行うフィードバック手段と、前記先行車両の車速を制御するための車速制御情報を取得する車速制御情報取得手段と、前記取得した車速制御情報で規定される制御量を、前記先行車両に並走しながら旋回する際に必要な車速の増減量を用いて補正する補正手段と、前記補正手段による補正後の制御量を用いてフィードフォワード制御を行うフィードフォワード手段と、を具備したことを特徴とする車両を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記先行車両との距離を取得する距離取得手段と、前記先行車両が行う旋回の角速度を取得する角速度取得手段と、前記先行車両が旋回する際に、自車両が内周または外周の何れを走行するかを判断する判断手段と、を具備し、前記補正手段は、前記取得した距離と角速度を用いて補正量を取得し、前記判断手段が外周を走行すると判断した場合には、前記制御量を前記補正量だけ増加し、前記判断手段が内周を走行すると判断した場合には、前記制御量を前記補正量だけ減少させることを特徴とする請求項１に記載の車両を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記車速制御情報は、前記先行車両の加速度情報であり、前記補正手段は、前記取得した距離と角速度の積を微分して補正量を取得し、当該微分による補正量の急変を緩和する緩和手段を具備したことを特徴とする請求項２に記載の車両を提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、自車両から前記取得した目標点への方位角を取得する方位角取得手段と、自車両と前記先行車両の進行方向の成す相対角を取得する相対角取得手段と、前記取得した方位角と相対角を用いて制御対象角を取得する制御対象角取得手段と、を具備し、前記フィードバック手段は、前記取得した制御対象角が収束するようにフィードバック制御することを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３のうちの何れか１の請求項に記載の車両を提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、自車両から前記取得した目標点までの目標点距離を取得する目標点距離取得手段を具備し、前記制御対象角取得手段は、前記取得した目標点距離が大きいほど、前記取得した方位角の前記制御対象角への寄与度を大きくすることを特徴とする請求項４に記載の車両を提供する。
（６）請求項６に記載の発明では、前記方位角の前記制御対象角への寄与度には上限が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の車両を提供する。
（７）請求項７に記載の発明では、前記先行車両から旋回を制御するための旋回制御情報を取得する旋回制御情報取得手段と、前記取得した旋回制御情報を用いて前記制御対象角に対してフィードフォワード制御を行う旋回フィードフォワード手段と、を具備したことを特徴とする請求項４、請求項５、又は請求項６に記載の車両を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、先行車両の車速を制御するための車速制御情報を取得し、取得した車速制御情報で規定される制御量を、旋回する際に必要な車速の増減量を用いて補正し、補正後の制御量用いてフィードフォワード制御を行うので、先行車両に対して安定した並走追従走行が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（１）実施の形態の概要
追従車両３（図２）は、前後方向の制御と左右方向の制御を行うことにより、先行車両２に対して並走追従走行を行う。
前後方向の制御は、先行車両２の横に設定した目標点からの偏差を０に収束させるフィードバック制御と、フィードバック制御の応答の遅れを補うフィードフォワード制御を行う。フィードフォワード制御では、先行車両２から送信されてくる目標車速（あるいは、目標加速度）を、先行車両２が旋回する際に、追従車両３が先行車両２の内外周を走行することによる速度の増減で補正した値を用いる。
また、左右方向の制御では、方位角φと相対角θ（図４）を収束させる。この際に、追従車両３は、自車両の代表点７から先行車両２に対する目標点５までの目標点距離Δｍを用いて、φとθの何れを優先的に制御するかを判断する。
更に、目標点距離Δｍが小さい場合、即ち、追従車両３と先行車両２が近接している場合には、φを急激に変化させて追従車両３と先行車両２が接触するのを避けるため、φを制御する際のゲインを小さくする。
【００１１】
（２）実施の形態の詳細
本実施形態の車両は、通常の４輪車両に対しても適用が可能であるが、小型の車両で横方向の旋回自由度が高い車両に適用した場合に特に有効である。
そのため本実施形態では、特に小半径で旋回することが可能な倒立振り子車両（１軸２輪車両等）に適用した場合を例に説明することとする。なお、先行車両も倒立振り子車両を対象として説明するが、それ以外の４輪車両等であってもよい。
【００１２】
倒立振り子車両は、搭乗部の姿勢を感知し、その姿勢に応じて、駆動輪の駆動方向で前後方向のバランスを保持するように姿勢制御を行いながら走行するものである。その姿勢制御の方法としては、例えば、米国特許第６，３０２，２３０号明細書、特開昭６３−３５０８２号公報、特開２００４−１２９４３５公報、特開２００４−２７６７２７公報で開示された各種制御方法が使用可能である。
【００１３】
図１は、本実施形態の車両（追従車両３）の追従制御に関連する構成を表したものである。
図１に示されるように、追従車両３は、ＥＣＵ（エレクトロニック・コントロール・ユニット）１０と、レーザレーダ２０、車速センサ３０、ヨーレートセンサ４０、無線通信装置５０、駆動モータ６０ａ、６０ｂを備えている。
なお、図示しないが、駆動モータ６０ａ、６０ｂなどに駆動用の電力を供給し、また、ＥＣＵ１０に制御用の低電圧の電源を供給する、バッテリも備えている。
【００１４】
ＥＣＵ１０は、図示しない各種プログラムやデータが格納されたＲＯＭ、作業領域として使用されるＲＡＭ、外部記憶装置、インターフェース部等を備えたコンピュータシステムで構成されている。
倒立振り子車両に適用されている本実施形態においては、その姿勢を保持する姿勢制御プログラム、操縦装置からの各種指示信号に基づいて走行を制御する走行制御プログラム、本実施形態における先行車両２に対する追従走行を行うための追従走行プログラム等の各種プログラムがＲＯＭに格納されており、ＥＣＵ１０は、これら各種プログラムを実行することで対応する処理を行う。
【００１５】
また、ＥＣＵ１０は、先行車両相対位置検出部１１、追従制御部１２、車両制御部１３を備えている。
先行車両相対位置検出部１１は、レーザレーダ２０で測定された位置と距離に基づいて、先行車両２の相対位置および向き（進行方向）を検出し、追従制御部１２に供給する。
なお、先行車両２から通信で車速およびヨーレートの情報を受信してもよい。
また、本実施形態では不要であるが、先行車両２から位置座標データを受信してデッドレコニングを行う場合には、自車両（追従車両３）の絶対位置を検出するためにＧＰＳ等の現在位置検出装置を備えるようにしてもよい。
【００１６】
追従制御部１２は、本実施形態における追従走行として、並走追従走行を行う場合の制御指令値（前後方向指令値、左右方向指令値）を車両制御部１３に供給する。
追従制御部１２は、車速センサ３０から車速、ヨーレートセンサ４０からヨーレートを取得する。また、無線通信装置５０で受信した先行車両２の目標指令値を取得する。無線通信装置５０は、先行車両２や他の車両（追従車両を含む）との間で車車間通信によりデータの送受信を行うようになっている。
追従制御部１２は、フィードバック制御とフィードフォワード制御による、前後方向の前後制御部と左右方向の左右制御部を備えている。
追従制御部１２は、先行車両相対位置検出部１１、車速センサ３０、ヨーレートセンサ４０、無線通信装置５０からの各入力に基づいて、前後制御部による前後制御指令値（目標速度、又は目標加速度）と、左右制御部による左右制御指令値（目標回転角速度ω）を車両制御部１３に供給する。
【００１７】
車両制御部１３は駆動モータ６０ａ、６０ｂを制御する。
即ち、車両制御部１３は、追従制御部１２から供給される目標速度（又は目標加速度）となるように、駆動モータ６０ａ、６０ｂを制御する。具体的には、車両制御部１３は、駆動モータ６０用の速度（又は加速度）−電流マップを備えており、このトルク−電流マップに従って、追従制御部１２から供給される目標速度（又は目標加速度）に対応する電流を駆動モータ６０に対して出力するように電流制御を行う。
【００１８】
また、車両制御部１３は、追従制御部１２から供給される目標回転角速度ω（左右制御指令値）で追従車両３が旋回するように、両駆動モータ６０ａ、６０ｂに対して異なる電流を出力することで、両駆動モータの６０ａ、６０ｂの差動により旋回を行うようにしてもよい。
【００１９】
なお、本実施形態では倒立振り子車両を対象に説明しているが、それ以外の車両、例えば、４輪車両等にも適用が可能であり、その場合には、車両は操舵モータを備える。そして、車両制御部１３は、追従制御部１２から供給される目標回転角速度ωに対応する操舵角となるように操舵モータを制御する。
【００２０】
次に、追従車両３が先行車両２と並走追従走行する場合に追従車両３が行う制御について説明する。
追従車両３が並走追従走行するに際して行う制御には、追従車両３が自車両の前後方向（車速方向、縦方向）に対して行う制御と、自車両の左右方向（車速に垂直な方向、横方向）に対して行う制御がある。
そして、前後方向に対して行う制御は、更に、目標速度で制御を行う場合と目標加速度で制御を行う場合があり、どちらを採用するかは、追従車両３の設計による。
そこで、本実施の形態では、追従車両３が先行車両２に並走追従走行する制御について、目標速度を用いて前後方向に行う場合、目標加速度を用いて前後方向に行う場合、左右方向に行う場合、の３つについて説明する。
【００２１】
なお、先行車両２と追従車両３の関係は、図１０の従来例と同様とし、追従車両３は、先行車両２の代表点６から左右方向（追従車両３が並列追従する側）のａの位置に目標点５を設定し、追従車両３の代表点７と目標点５との間には、左右方向の左右偏差Δｗ、前後方向の前後偏差Δｄが発生するとする。
これらΔｗ、Δｄは、追従車両３がレーザレーダ２０（図１）で先行車両２の位置を測定したり、あるいは、先行車両２から無線通信により先行車両２の現在位置を送信してもらうなどして得ることができる。
【００２２】
［目標速度を用いて前後方向に行う制御］
図２を用いて本制御の基本概念について説明する。
追従車両３は、先行車両２の左側を並走追従走行しており、先行車両２が、代表点６から距離ｒの位置にある旋回中心Ｃを中心として、旋回角速度（目標角加速度）ωで右旋回を行う場合について考える。
追従車両３は、先行車両２の代表点６を基準に定まる目標点５（図では代表点７と重なっている）と自車両の代表点７が一致するようにフィードバック制御すると共に、応答を高めるため、先行車両２から目標速度を送信してもらい、自車両も目標速度となるようにフィードフォワード制御も行っている。
このように、追従車両３は、先行車両２に追従するための目標点５を取得する目標点取得手段を備えている。
【００２３】
ところで、先行車両２が直進している場合には、先行車両２と追従車両３の車速が等しいため、当該フィードフォワード制御にて足りるが、先行車両２が旋回する場合、追従車両３が先行車両２の外周を走向する場合には、追従車両３の車速は先行車両２よりも早くする必要があり、内周を走向する場合には、追従車両３の車速は先行車両２よりも遅くする必要がある。
そのため、先行車両２は、旋回に伴う車速の増減を計算して、これを先行車両２から送られてきた目標速度に加減して、これをフィードフォワード制御に用いる。
【００２４】
図２の場合、先行車両２の車速（前後方向の速度）ｖ１は、ｒωとなる。
代表点６、７間の距離を実車間距離ａＲとすると、追従車両３が、先行車両２の外周を並走追従走行する場合、追従車両３の車速（前後方向の速度）ｖ２は、（ｒ＋ａＲ）ωとなる。
このため、追従車両３は、先行車両２よりも（ｒ＋ａＲ）ω−ｒω＝ａＲωだけ、早く走行する必要があり、追従車両３は、先行車両２から送信されてきた目標速度にａＲωを加算した値を自車両の目標速度とする。
【００２５】
一方、追従車両３が先行車両２の内周側を並走する場合には、先行車両２から送信されてきた目標速度からａＲωを減算した値を自車両の目標速度とする。
このようにして、追従車両３は、先行車両２に対して並走追従走向する場合、先行車両２の旋回によって生じる目標速度の過不足を補正し、当該補正後の値にてフィードフォワード制御することができる。
【００２６】
図３（ａ）は、上記の制御を行う前後方向制御処理部７０の機能ブロック図である。
前後方向制御処理部７０は、フィードバック制御を行うフィードバック処理部７２とフィードフォワード制御を行うフィードフォワード処理部７１から構成されている。
なお、これら機能部は、例えば、ＥＣＵ１０のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が制御処理用のプログラムを実行することにより構成される。
【００２７】
フィードバック処理部７２は、前後偏差Δｄが０に収束するようにフィードバック制御する処理部であり、前後偏差Δｄが入力されると、これに比例係数ｋｐ１を乗ずると共に、前後偏差Δｄを時間微分して（図中の「ｓ」）これに比例係数ｋｄ１を乗じ、これらを加算して出力する。
これにより、追従車両３は、Δｄが大きくなるほど（ゲインはｋｐ１）、また、Δｄの変化量が大きいほど（ゲインはｋｄ１）、車速を上昇させて、Δｄを０に収束させる。
【００２８】
フィードバック処理部７２が行う処理は、従来技術で行うフィードバック処理と同様に前後方向の距離を一定に保つ技術であり、一般にアダプティブオートクルーズ装置で行なわれているものと同様の制御である。
このように、フィードバック処理部７２は、目標点５からの偏差に対してフィードバック制御を行うフィードバック手段として機能している。
【００２９】
前後方向制御処理部７０は、従来のフィードバック処理部７２に加えて、フィードフォワード処理部７１を備えている。これは、次のような背景による。
フィードバック制御は、制御対象の遅れやむだ時間など、信号入力から動作発現までの遅延が小さい場合は、制御対象を厳密に制御することが可能であるが、自動車のように遅延が大きいものの場合、動作のオーバーシュートやハンチングなどが生じる場合がある。
このため、フィードバック制御は、車両の追従走行で車間距離を厳密に維持するのには適しておらず、例えば、高速道路を高速走行しながら数十ｍの車間距離で使用するなど、厳密な車間距離の維持を行わない場合に用いられている。
そこで、追従車両３は、追従制御の応答性をあげるために前後方向制御処理部７０にフィードフォワード処理部７１を設けた。
【００３０】
フィードフォワード処理部７１には、まず、先行車両２から無線送信されてくる前後方向指令値ｕＬＦＢ（目標速度で制御するため、ここでは、先行車両２の目標速度）が入力される。
ここで、前後方向指令値ｕＬＦＢは、先行車両２の車速を制御するための車速制御情報として機能しており、このため、追従車両３は、車速制御情報取得手段を備えている。
【００３１】
更に、フィードフォワード処理部７１には、実車間距離ａＲと左右方向指令値ｕＬＬＲが入力される。そして実車間距離ａＲと左右方向指令値ｕＬＬＲは、車速増減関数ｆｖｔにより演算され、その演算値が前後方向指令値ｕＬＦＢと加算される。
実車間距離ａＲは、代表点６、７の距離であり、レーザレーダ２０による測定や先行車両２との通信によって得ることができる。このように、追従車両３は、先行車両２との距離を取得する距離取得手段を備えている。
【００３２】
また、左右方向指令値ｕＬＬＲは、先行車両２から受信したものであり、先行車両２の旋回に関する情報、例えば、ステアリング量など、少なくとも先行車両２の目標角速度ωを特定することができる情報である。
左右方向指令値ｕＬＬＲからは、先行車両２の目標角速度ωが得られるようになっており、このため、追従車両３は、先行車両が行う旋回の角速度を取得する角速度取得手段を備えている。
車速増減関数ｆｖｔは、追従車両３が先行車両２の外周を走向する場合には、ｆｖｔ＝ａＲωであり、内周を走向する場合には、ｆｖｔ＝−ａＲωである。
【００３３】
このように、フィードフォワード処理部７１は、追従車両３が先行車両２の外周を走向する場合には、先行車両２の目標速度（前後方向指令値ｕＬＦＢ）にａＲωを加算して先行車両２の目標速度を補正し、内周を走向する場合には、先行車両２の目標速度からａＲωを減算して先行車両２の目標速度を補正し、追従車両３が先行車両２と共に旋回できる車速を出力する。
【００３４】
このように、フィードフォワード処理部７１は、車速制御情報（前後方向指令値ｕＬＦＢ）で規定される制御量を、先行車両２に並走しながら旋回する際に必要な車速の増減量（ａＲω）を用いて補正する補正手段と、当該補正手段による補正後の制御量（車速情報）を用いてフィードフォワード制御を行うフィードフォワード手段を備えている。
更に、追従車両３は、先行車両２が旋回する際に、自車両が内周または外周の何れを走行するかを判断する判断手段を備えており、補正手段は、距離（実車間距離ａＲ）と角速度（目標角速度ω）を用いて補正量を取得し、判断手段が外周を走行すると判断した場合には、制御量を補正量だけ増加し、判断手段が内周を走行すると判断した場合には、制御量を補正量だけ減少させている。
【００３５】
このように、フィードバック処理部７２による処理とフィードフォワード処理部７１による処理を行った後、前後方向制御処理部７０は、フィードバック処理部７２とフィードフォワード処理部７１の出力を加算して前後方向指令値ｕＦＢとし、追従車両３は、前後方向指令値ｕＦＢに基づいて車速を増減させる。
このように、追従車両３は、偏差ｄを０に収束させるフィードバック制御と、補正された先行車両２の目標速度で走行するフィードフォワード制御を並行して行い、フィードバック制御による追従性を実現すると共に、フィードバック制御の応答性の不足をフィードフォワード制御で補完することができる。
【００３６】
仮に、車速増減関数ｆｖｔによる補正がなく、フィードフォワード制御を前後方向指令値ｕＬＦＢだけで行った場合には次のようになる。
先行車両２が旋回し、追従車両３が先行車両２の外周を走行しているとする。
この場合、先行車両２が追従車両３に送信する前後方向指令値ｕＬＦＢによる目標車速では、追従車両３の車速が足りないため、追従車両３は、目標点５から遅れをとる。
【００３７】
すると、追従車両３は、フィードフォワード制御の応答の減退を補完するためにフィードバック制御を主として行うことになり、フィードフォワード制御による効果が得られない。
特に、例えば旋回開始時や旋回終了時など、先行車両２と追従車両３の速度が大きく異なる場合には、このような傾向が顕著となる。
【００３８】
このように、車速増減関数ｆｖｔによる補正がないと、旋回時にはほとんどフィードバック制御を行うことになり、フィードバック制御の応答性の低さから、車間距離の厳密な調整は困難となる。
そこで、フィードフォワード処理部７１において、車速増減関数ｆｖｔを用いて左右方向指令値ｕＬＬＲを補正すると、旋回時でもフィードフォワード制御を有効に作用させることができる。
【００３９】
以上のように、追従車両３は、先行車両２に横追従し、更に、車両の制御が目標速度で行なわれる場合、前後方向制御処理部７０は、先行車両２の旋回半径、旋回速度に応じて、追加（先行車両２が内側）、あるいは減少（先行車両２が外側）させる速度を算出し、先行車両２から通信で得た先行車制御量（速度目標値）とともに、フィードフォワード制御を行なう。
更に、追従車両３は、フィードバック処理部７２によって縦方向偏差に対してのフィードバック制御も同時に行ない、制御量として統合することができる。
【００４０】
［目標加速度を用いて前後方向に行う制御］
図３（ｂ）は、前後方向制御処理部７３の機能ブロック図であり、前後方向の制御を目標加速度を用いて行う。
前後方向制御処理部７３は、前後方向制御処理部７０のフィードフォワード処理部７１をフィードフォワード処理部７４で置き換えたものであり、フィードバック処理部７２の構成は前後方向制御処理部７０と同様である。
【００４１】
前後方向制御処理部７３は、目標加速度による制御を行うため、フィードフォワード処理部７４に入力される前後方向指令値ｕＬＦＢは、例えば、先行車両２のアクセル開度情報、ブレーキ情報など、先行車両２の目標加速度を表す情報となる。
このように、この例では、目標加速度が車速制御情報として機能している。
【００４２】
フィードフォワード処理部７４に入力される実車間距離ａＲ、左右方向指令値ｕＬＬＲ、及び車速増減関数ｆｖｔは、フィードフォワード処理部７１と同様である。
そして、フィードフォワード処理部７４は、車速増減関数ｆｖｔの出力を時間で微分（図中の「ｓ」）する。
【００４３】
車速増減関数ｆｖｔからは、刻々と車速の増減が出力されるが、これを時間で微分することにより、車速増減の変化率、即ち、加速度が得られる。
ところで、車速増減関数ｆｖｔの出力を微分すると、例えば、左右方向指令値ｕＬＬＲが急激に変化する場合などには、微分値がインパルス状になることがある。
このように、微分操作により信号がインパルス状になると、追従車両３はこれに応答して追従することができないため、図中の「１／（１＋Ｔｓ）」により一次遅れの操作を行い、信号の急激な変化を緩和し（なまし）、これを前後方向指令値ｕＬＦＢに加算する。
【００４４】
ここで、時定数Ｔは追従車両３の応答性などを考慮して決められた適当な定数である。
このようにして、前後方向制御処理部７３は、加速度により前後方向指令値ｕＦＢを生成することができ、追従車両３は、前後方向指令値ｕＦＢを目標加速度として車速を制御する。
このように、この例では、先行車両２から送られてくる車速制御情報は、先行車両２の加速度情報（目標加速度）であり、補正手段は、距離（ａＲ）と角速度（左右方向指令値ｕＬＬＲから得られる）の積を微分して補正量を取得し、追従車両３は、当該微分による補正量の急変を緩和する緩和手段（一次遅れの項）を備えている。
【００４５】
ところで、このように目標加速度を用いたシステムを構成する背景について説明しておく。
実際の制御を考えた場合、制御対象は目標加速度を用いるものが実現しやすい。例えば、自動車のアクセルは加速度を調整するものであり、電気自動車であれば、モータも出力トルクを制御するよう構成されている場合が多い。
このため、制御出力も加速度指令値であることが望ましいが、ｆｖｔで算出されるものが目標速度であるため、これを加速度に変換する必要がある。そこで、前後方向制御処理部７３は、この値を微分することとした。
【００４６】
しかし、微分のみでは、演算結果がインパルス的に立ち上がることが多く、制御対象の応答性では追従できない場合があるため、前後方向制御処理部７３は、この微分値に一次遅れを施すことにより、制御対象の応答性に適合させている。
この一次遅れの時定数Ｔは、車両の応答性を考慮して決められる。例えば、制御対象（車両）の前後方向の物理モデルが一次遅れとして近似できる場合は、この時定数Ｔｖ以上の値で設定する（Ｔ＞Ｔｖ）。また、むだ時間Ｔｆも含む場合は、これも加算して、それ以上の値に設定する（Ｔ＞Ｔｖ＋Ｔｆ）。物理モデルが二次以上の高次の遅れで表現される場合は、一次遅れに近似して前記基準を適用する。
【００４７】
以上のように、前後方向制御処理部７３では、先行車両２に横追従し、更に、車両の制御が目標加速度で行なわれる場合、追従車両３は、先行車両２の旋回半径、旋回速度に応じて、追加（先行車両２が内側）、あるいは減少（先行車両２が外側）させる速度を算出し、これを微分して、先行車両２から通信等で得た先行車制御量（加速度目標値）とともに、フィードフォワード制御を行なう。
そして、微分操作によりインパルス状になった指令値に対して、自車両の応答性を考慮した一次遅れ操作を指令値に施すことにより、自車両が応答可能な指令値を作用させる。
更に、追従車両３は、フィードバック処理部７２によって縦方向偏差に対してのフィードバック制御も同時に行ない、制御量として統合する。
【００４８】
［左右方向に行う制御］
図４は、左右方向に行う制御の基本概念を説明するための図である。
追従車両３の代表点７が目標点５から、前後偏差Δｄ、左右偏差Δｗだけ変位しており、追従車両３と目標点５の成す角度を方位角φ、先行車両２と追従車両３の進行方向の成す角度（先行車両２と追従車両３の向きの差）を相対角θとする。
【００４９】
車両のような非ホロノミック系では、相対角θの収束と、目標点５への収束を同時に実現することは困難であり、解は存在しない。
そこで、本実施の形態では、どちらか、より緊急度の高い、放置すると衝突の可能性があるパラメータを先に収束させるような構成をとる。
そのため、追従車両３では、方位角φと相対角θを用いて最終旋回角（収束させる制御対象角に相当）を設定し、これを収束させることにより、上記収束が成されるようにした。
【００５０】
より具体的には、方位角φと相対角θを関数で演算することにより最終旋回角を計算するが、この計算において、代表点７と目標点５の目標点距離Δｍをパラメータとして、方位角φの寄与度を重みづけする。
これにより、先行車両２と追従車両３が近接している場合に（目標点距離Δｍが小さい場合に）、方位角φを急激に変化させると、先行車両２と追従車両３が接触する可能性があるため、方位角φを少しずつ変化させ（ゲインを小さくし）、目標点距離Δｍが大きいときは、接触の可能性がないため、方位角φを大きく変化させる（ゲインを大きくする）。
また、目標点距離Δｍが大きいほど、ゲインを大きくしていくと、出力（方位角φの変化）が大きくなりすぎる場合があるため、図５に示したように、目標点距離Δｍが所定値ｋ以上の場合には一定値となるように出力に上限を設けた。
このように、方位角φの最終旋回角（制御対象角）への寄与度には上限が設けられている。
【００５１】
図６は、左右方向の制御を行う左右方向制御処理部７５の機能ブロック図である。
左右方向制御処理部７５には、目標点距離Δｍ、方位角φ、相対角θが入力されてフィードバック制御に用いられ、左右方向指令値ｕＬＬＲがフィードフォワード制御に用いられる。
このように、追従車両３は、自車両から目標点５への方位角φを取得する方位角取得手段と、自車両と先行車両２の進行方向の成す相対角θを取得する相対角取得手段と、自車両から目標点５までの目標点距離Δｍを取得する目標点距離取得手段を備えている。
【００５２】
左右方向制御処理部７５は、目標点距離Δｍに比例定数ｋＬ１を乗じ、更に、これに方位角φを乗じて第１目標旋回角度ψを算出する。
そして、左右方向制御処理部７５は、第１目標旋回角度ψと相対角θに関数ｆｓｔを作用させ、その結果出力される最終旋回角度に定数ｋＡ１を乗じ、フィードバック制御用の信号を生成する。
【００５３】
ここで、関数ｆｓｔは、方位角φと第１目標旋回角度ψの符号を調べ、符号が異なる場合には、φとψの和を最終旋回角度として出力し、符号が同じ場合には、絶対値が大きい方を最終旋回角度として出力する。
即ち、関数ｆｓｔは、ｓｇｎ（θ）≠ｓｇｎ（ψ）の場合には、θ＋ψを出力し、ｓｇｎ（θ）＝ｓｇｎ（ψ）かつ｜θ｜≧｜ψ｜の場合には、θを出力し、ｓｇｎ（θ）＝ｓｇｎ（ψ）かつ｜θ｜＜｜ψ｜の場合にはψを出力する。
ここで出力された最終旋回角は、方位角φと相対角θを用いて得られた制御対象角として機能し、追従車両３は、制御対象角を取得する制御対象角取得手段を備え、また、最終旋回角を収束するようにフィードバック制御するフィードバック手段を備えている。
【００５４】
更に、左右方向制御処理部７５は、当該フィードバック制御用の信号に左右方向指令値ｕＬＬＲを加算してフィードフォワード制御も行い、フィードバック制御とフィードフォワード制御の両方が行われた左右方向指令値ｕＬＲを出力する。
左右方向指令値ｕＬＲは、旋回角速度指令やハンドル舵角指令などとして使用され、追従車両３は、左右方向指令値ｕＬＲに従って、旋回を制御する。
このように、追従車両３は、先行車両２から旋回を制御するための旋回制御情報（左右方向指令値ｕＬＬＲ）を取得する旋回制御情報取得手段と、この旋回制御情報を用いて制御対象角に対してフィードフォワード制御を行う旋回フィードフォワード手段を備えている。
【００５５】
左右方向制御処理部７５は、以上のように信号を処理するが、その意味するところは次の通りである。
まず、左右方向制御処理部７５は、目標点距離ΔｍをｋＬ１倍して方位角φを乗じることにより第１目標旋回角度ψを算出しているが、この第１目標旋回角度ψは、相対角θに対する方位角φの相対的な優先度を比較するため、方位角φを目標点距離Δｍで重みづけした量である。
【００５６】
このように、第１目標旋回角度ψは、方位角φに目標点距離Δｍを乗じているため、方位角φの優先度は、目標点距離Δｍに依存することになり、その依存の程度を表す因子（緊急度を決定する因子）がｋＬ１である。
即ち、目標点距離Δｍが小さいほど（先行車両２と追従車両３が近いほど）、第１目標旋回角度ψが小さくなり、方位角φの優先度が低くなり、一方、目標点距離Δｍが大きいほど第１目標旋回角度ψが大きくなり、方位角φの優先度が高くなり、ｋＬ１は、相対角θに対する方位角φの優先度を相対的に決定している。
このように、目標点距離Δｍが大きいほど、方位角φの優先度が高まり、最終旋回角（制御対象角）への寄与度が大きくなる。
【００５７】
ｋＬ１の値は、例えば、次のようにして規定することができる。
追従車両３の制御時に許容できる目標点５からのずれ量をあらかじめ設定し、この値がΔｐであったとき１を出力するように設定する。例えば、０．３ｍを許容できるずれ量Δ
ｐであった場合、０．３ｋＬ１＝１よりｋＬ１＝３．３となる。
【００５８】
また、上ではｋＬ１を乗算項として表現しているが、関数として表現してもよい。
関数とする場合は、例えば上記３．３を基本とし、Δｐが大きい場合に出力を制限する
、図５のような関数となる。これは、Δｐが極端に大きくなる可能性がある場合に、挙動
が不安定になるのを防ぐことができる。
挙動が不安定にならないようなｋは、実験的に決定することができる。
【００５９】
関数ｆｓｔは、方位角φと相対角θの優先度を評価し、これを用いて最終旋回角度を出力する。
ここで、関数ｆｓｔは、方位角φの比較に第１目標旋回角度ψを用い、目標点距離Δｍが加味された方位角φ（即ちψ）と相対角θを比較する。
これにより、目標点５から遠く離れているような場合には、方位角φの影響度が大きくなり（第１目標旋回角度ψが大きく出力される）優先的に目標点５への収束を行う。
【００６０】
また、ほぼ目標点５を満たしているような場合は、方位角φの影響度が小さくなり（第１目標旋回角度ψが小さく出力される）、優先的に相対角θを０にする。
関数ｆｓｔは、相対的に調整された第１目標旋回角度ψと、相対角θとを、その符号と値の大小で比較し、判断を最終的に行って出力を決定する。
【００６１】
ｋＡ１は、制御系のフィードバック比例定数であり、採択された角度（関数ｆｓｔが出力した最終目標角度）を実現するためのフィードバックゲインである。更に、ｋＡ１に微分定数や積分定数を追加してもよい。
【００６２】
ところで、従来の左右方向の制御としては、例えばレーンキープ装置として用いられるものがある。
これは、例えば白線を認識して、車線内にとどまるように制御する装置であるが、これも高速道路のように、曲率が小さい（旋回半径が大きい）道路で主に使用される装置であり、急激な旋回などには対応していない。
【００６３】
また、左右方向の制御について制御の応答性を向上させるために、先行車両２からの操舵角等の旋回情報を取得してこれを用いてフィードフォワード制御を行うことも可能である。
しかし、フィードフォワード制御は、先行車両２と追従車両３の向きがほとんど変わらない場合は効果的に機能するが、向きの違いが大きくなるにつれ、追従制御の効果が薄れるばかりか、先行車両２と追従車両３が接触する可能性もある。
【００６４】
従来の技術では、数メートルの車間距離を維持し、縦または横に並んで走行する車両への利用を考えた場合、応答性や車間距離の制御精度に問題があり、このままでは車両が接触する可能性がある。また制御定数を厳密に選択したとしても、特定の速度や、旋回半径など、限られた場合にしか使用できない装置となってしまい、実用的ではない。
【００６５】
そこで、左右方向制御処理部７５は、方位角φと相対角θの優先度を判定して、これら２つの角度によるきめの細かい制御を行うと共に、先行車両２と追従車両３が近接している場合には方位角φを制御する際のゲインを低くするなどして、先行車両２と追従車両３が接触する可能性を低減している。
【００６６】
このように、左右方向制御処理部７５は、追従車両３から目標点５への方位角φと、先行車両２と追従車両３の向きの差である相対角θとを用いて、最終旋回角度を目標相対角として算出し、これに対してフィードバック制御を行う。
そして、左右方向制御処理部７５は、方位角φに対し、目標点５までの目標点距離Δｍに応じたゲインｋＬ１を乗じることで、目標点５の近傍での過度な反応を低減する。
更に、左右方向制御処理部７５は、先行車両２から通信などで得た左右方向指令値ｕＬＬＲ（先行車制御量、より具体的には旋回角速度目標値、あるいは旋回半径目標値など）をもとに、フィードフォワード制御も同時に行い、制御量として統合する。
【００６７】
図７は、ＥＣＵ１０が行う並列追従走行時の追従制御手順を説明するためのフローチャートである。
以下の処理は、ＥＣＵ１０のＣＰＵが所定のプログラムに従って行うものである。
まず、追従車両３は、先行車両２の現在位置から目標点５の位置を算出する（ステップ５）。
次に、追従車両３は、前後方向指令値ｕＦＢを計算し（ステップ１０）、更に、左右方向指令値ｕＬＲを計算する（ステップ１５）。
そして、追従車両３は、前後方向指令値ｕＦＢを用いて前後方向の制御を行い、左右方向指令値ｕＬＲを用いて左右方向の制御を行う（ステップ１７）。
以下、ＥＣＵ１０は、ステップ５〜１７を繰り返す。
【００６８】
図８は、前後方向制御処理部７０が行う前後方向指令値計算処理の手順を説明するためのフローチャートである。
まず、追従車両３は、先行車両２との実車間距離ａＲを検出する（ステップ２０）。
次に、追従車両３は、通信などにより先行車両２から左右方向指令値ｕＬＬＲを受信する（ステップ２５）。
【００６９】
次に、追従車両３は、先行車両２との位置関係を把握する（ステップ３０）。即ち、追従車両３は、レーザレーダ２０を用いるなどして先行車両２を認識し、先行車両２の左右どちら側を並列走行しているか把握する。
追従車両３は、自車両の位置と、左右方向指令値ｕＬＬＲから得られる旋回方向から、自車両が外周側になるのか、あるいは内周側になるのかを判断することができる。
【００７０】
次に、追従車両３は、左右方向指令値ｕＬＬＲから目標角速度ωを算出し（ステップ３５）、実車間距離ａＲと目標角速度ωを車速増減関数ｆｖｔに入力して先行車両２に対する速度の増減分を算出する（ステップ４０）。
更に、追従車両３は、先行車両２から受信した前後方向指令値ｕＬＦＢを取得する（ステップ４５）。
【００７１】
そして、追従車両３は、前後偏差Δｄを計算し（ステップ５０）、車速増減関数ｆｖｔの出力、前後方向指令値ｕＬＦＢ、及び前後偏差Δｄによるフィードバック制御信号を加えて前後方向指令値ｕＦＢを算出する（ステップ５５）。
以上、前後方向制御処理部７０が行う処理について説明したが、前後方向制御処理部７３が行う処理も同様である。
【００７２】
図９は、左右方向指令値計算処理の手順を説明するためのフローチャートである。
まず、追従車両３は、目標点距離Δｍを算出し（ステップ６０）、更に、方位角φを算出する（ステップ６５）。
次に、追従車両３は、目標点距離ΔｍにゲインとしてｋＬ１を掛け（ステップ７０）、更に、これに方位角φを掛けて第１目標旋回角度ψを算出する（ステップ７５）。
【００７３】
次に、追従車両３は、先行車両２との相対角θを算出し（ステップ８０）、関数ｆｓｔによる判定を行う（ステップ８５）。
追従車両３は、第１目標旋回角度ψと相対角θの符号が異なる場合（ステップ８５；Ｙ）、追従車両３は、θ＋ψを最終旋回角度とする（ステップ９５）。
一方、第１目標旋回角度ψと相対角θの符号が同じ場合（ステップ８５；Ｎ）、追従車両３は、相対角θの絶対値と第１目標旋回角度ψの絶対値を比較する（ステップ９０）。
【００７４】
比較の結果、相対角θの絶対値が第１目標旋回角度ψよりも小さかった場合（ステップ９０；Ｙ）、追従車両３は、第１目標旋回角度ψを最終旋回角度とし（ステップ１００）、相対角θの絶対値が第１目標旋回角度ψ以上であった場合（ステップ９０；Ｎ）、追従車両３は、相対角θを最終旋回角度とする（ステップ１０５）。
【００７５】
このようにして最終旋回角度を決定した後、追従車両３は、左右方向指令値ｕＬＬＲを取得し（ステップ１１０）、最終旋回角度にｋＡ１を乗じた値と左右方向指令値ｕＬＬＲを加算して左右方向指令値ｕＬＲを出力する（ステップ１１５）。
【００７６】
以上に説明した本実施の形態により、次のような効果を得ることができる。
（１）追従車両３は、先行車両２に対して並走追従走行するにあたり、前後方向の制御に関しては、フィードバック制御に加えて、先行車両２からの前後方向指令値ｕＬＦＢによるフィードフォワード制御を行うことができる。
そして、このフィードフォワード制御において、先行車両２が旋回する場合に必要な追従車両３の車速の増減を計算し、これを用いて前後方向指令値ｕＬＦＢを補正することができる。
（２）補正した情報によりフィードフォワード制御するため、旋回中も、目標点５からのずれが小さく、フィードフォワード制御を効果的に持続することができる。
（３）目標加速度を用いてフィードフォワード制御する場合、先行車両２が旋回する場合に必要な追従車両３の車速の増減の微分に一次遅れの項を作用させることにより、フィードフォワード信号のインパルスを抑制することができる。
（４）追従車両３は、先行車両２に対して並走追従走行するにあたり、前後方向の制御に関しては、方位角φと相対角θを用いて最終旋回角を決定することができる。
（５）方位角φを収束させるためのゲインを目標点距離Δｍによって変化させることができ、先行車両２と追従車両３が接近している場合に、方位角φが急激に変化して両車両が接触するのを防ぐことができる。
（６）先行車両２と追従車両３が所定の距離以上離れている場合には、方位角φを収束させるためのゲインが一定となり、方位角φの急激な変化を抑制している。
（７）非ホロノミック性をもつ車両において、前後方向、あるいは左右方向に短い車間距離で追従を行い、群走行を実現するシステムにおいて、前後方向制御と、左右方向制御の安定性を同時に保つことができる。
【００７７】
また、本実施の形態は、次の構成を提供することができる。
先行車両に対して並走追従走行を行う車両であって、前記先行車両に追従するための目標点を取得する目標点取得手段と、自車両から前記取得した目標点への方位角を取得する方位角取得手段と、自車両と前記先行車両の進行方向の成す相対角を取得する相対角取得手段と、前記取得した方位角と相対角を用いて制御対象角を取得する制御対象角取得手段と、前記取得した制御対象角が収束するようにフィードバック制御するフィードバック手段と、を具備したことを特徴とする車両（第１の構成）。
自車両から前記取得した目標点までの目標点距離を取得する目標点距離取得手段を具備し、前記制御対象角取得手段は、前記取得した目標点距離が大きいほど、前記取得した方位角の前記制御対象角への寄与度を大きくすることを特徴とする第１の構成の車両（第２の構成）。
前記方位角の前記制御対象角への寄与度には上限が設けられていることを特徴とする第２の構成の車両（第３の構成）。
前記先行車両から旋回を制御するための旋回制御情報を取得する旋回制御情報取得手段と、前記取得した旋回制御情報を用いて前記制御対象角に対してフィードフォワード制御を行う旋回フィードフォワード手段と、を具備したことを特徴とする第１の構成、第２の構成、又は第３の構成の車両（第４の構成）。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】追従車両の構成を示した図である。
【図２】追従車両が行う前後方向の制御の基本概念を説明するための図である。
【図３】前後方向制御処理部の機能ブロック図である。
【図４】追従車両が行う左右方向の制御の基本概念を説明するための図である。
【図５】方位角φの寄与度の上限を説明するための図である。
【図６】左右方向制御処理部の機能ブロック図である。
【図７】並列追従走行時の追従制御手順を説明するためのフローチャートである。
【図８】前後方向指令値計算処理の手順を説明するためのフローチャートである。
【図９】左右方向指令値計算処理の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１０】従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７９】
２ 先行車両
３ 追従車両
５ 目標点
６ 代表点
７ 代表点
１０ ＥＣＵ
１１ 先行車両相対位置検出部
１２ 追従制御部
１３ 車両制御部
２０ レーザレーダ
３０ 車速センサ
４０ ヨーレートセンサ
５０ 無線通信装置
６０ａ、６０ｂ 駆動モータ
７０ 前後方向制御処理部
７１ フィードフォワード処理部
７２ フィードバック処理部
７３ 前後方向制御処理部
７４ フィードフォワード処理部
７５ 左右方向制御処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先行車両に対して並走追従走行を行う車両であって、
前記先行車両に追従するための目標点を取得する目標点取得手段と、
前記取得した目標点からの偏差に対してフィードバック制御を行うフィードバック手段と、
前記先行車両の車速を制御するための車速制御情報を取得する車速制御情報取得手段と、
前記取得した車速制御情報で規定される制御量を、前記先行車両に並走しながら旋回する際に必要な車速の増減量を用いて補正する補正手段と、
前記補正手段による補正後の制御量を用いてフィードフォワード制御を行うフィードフォワード手段と、
を具備したことを特徴とする車両。
【請求項２】
前記先行車両との距離を取得する距離取得手段と、
前記先行車両が行う旋回の角速度を取得する角速度取得手段と、
前記先行車両が旋回する際に、自車両が内周または外周の何れを走行するかを判断する判断手段と、
を具備し、
前記補正手段は、前記取得した距離と角速度を用いて補正量を取得し、前記判断手段が外周を走行すると判断した場合には、前記制御量を前記補正量だけ増加し、前記判断手段が内周を走行すると判断した場合には、前記制御量を前記補正量だけ減少させることを特徴とする請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記車速制御情報は、前記先行車両の加速度情報であり、
前記補正手段は、前記取得した距離と角速度の積を微分して補正量を取得し、
当該微分による補正量の急変を緩和する緩和手段を具備したことを特徴とする請求項２に記載の車両。
【請求項４】
自車両から前記取得した目標点への方位角を取得する方位角取得手段と、
自車両と前記先行車両の進行方向の成す相対角を取得する相対角取得手段と、
前記取得した方位角と相対角を用いて制御対象角を取得する制御対象角取得手段と、
を具備し、
前記フィードバック手段は、前記取得した制御対象角が収束するようにフィードバック制御することを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３のうちの何れか１の請求項に記載の車両。
【請求項５】
自車両から前記取得した目標点までの目標点距離を取得する目標点距離取得手段を具備し、
前記制御対象角取得手段は、前記取得した目標点距離が大きいほど、前記取得した方位角の前記制御対象角への寄与度を大きくすることを特徴とする請求項４に記載の車両。
【請求項６】
前記方位角の前記制御対象角への寄与度には上限が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の車両。
【請求項７】
前記先行車両から旋回を制御するための旋回制御情報を取得する旋回制御情報取得手段と、
前記取得した旋回制御情報を用いて前記制御対象角に対してフィードフォワード制御を行う旋回フィードフォワード手段と、
を具備したことを特徴とする請求項４、請求項５、又は請求項６に記載の車両。
【請求項１】
先行車両に対して並走追従走行を行う車両であって、
前記先行車両に追従するための目標点を取得する目標点取得手段と、
前記取得した目標点からの偏差に対してフィードバック制御を行うフィードバック手段と、
前記先行車両の車速を制御するための車速制御情報を取得する車速制御情報取得手段と、
前記取得した車速制御情報で規定される制御量を、前記先行車両に並走しながら旋回する際に必要な車速の増減量を用いて補正する補正手段と、
前記補正手段による補正後の制御量を用いてフィードフォワード制御を行うフィードフォワード手段と、
を具備したことを特徴とする車両。
【請求項２】
前記先行車両との距離を取得する距離取得手段と、
前記先行車両が行う旋回の角速度を取得する角速度取得手段と、
前記先行車両が旋回する際に、自車両が内周または外周の何れを走行するかを判断する判断手段と、
を具備し、
前記補正手段は、前記取得した距離と角速度を用いて補正量を取得し、前記判断手段が外周を走行すると判断した場合には、前記制御量を前記補正量だけ増加し、前記判断手段が内周を走行すると判断した場合には、前記制御量を前記補正量だけ減少させることを特徴とする請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記車速制御情報は、前記先行車両の加速度情報であり、
前記補正手段は、前記取得した距離と角速度の積を微分して補正量を取得し、
当該微分による補正量の急変を緩和する緩和手段を具備したことを特徴とする請求項２に記載の車両。
【請求項４】
自車両から前記取得した目標点への方位角を取得する方位角取得手段と、
自車両と前記先行車両の進行方向の成す相対角を取得する相対角取得手段と、
前記取得した方位角と相対角を用いて制御対象角を取得する制御対象角取得手段と、
を具備し、
前記フィードバック手段は、前記取得した制御対象角が収束するようにフィードバック制御することを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３のうちの何れか１の請求項に記載の車両。
【請求項５】
自車両から前記取得した目標点までの目標点距離を取得する目標点距離取得手段を具備し、
前記制御対象角取得手段は、前記取得した目標点距離が大きいほど、前記取得した方位角の前記制御対象角への寄与度を大きくすることを特徴とする請求項４に記載の車両。
【請求項６】
前記方位角の前記制御対象角への寄与度には上限が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の車両。
【請求項７】
前記先行車両から旋回を制御するための旋回制御情報を取得する旋回制御情報取得手段と、
前記取得した旋回制御情報を用いて前記制御対象角に対してフィードフォワード制御を行う旋回フィードフォワード手段と、
を具備したことを特徴とする請求項４、請求項５、又は請求項６に記載の車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１４９６３６（Ｐ２０１０−１４９６３６Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２８６１５（Ｐ２００８−３２８６１５）
【出願日】平成２０年１２月２４日（２００８．１２．２４）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２４日（２００８．１２．２４）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]