专利名称：安装在车辆或车辆组中的车辆控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于基于关于在宿主车辆周边行驶的另外的车辆的信息而实施预定控制的车辆控制设备和车辆控制系统。
背景技术：
此类型的常规车辆控制系统(车辆控制设备)在例如日本专利申请公报N0.63-098706 (JP-A-63-098706)中公开。JP-A-63-098706公开了用于通过在至少两台车辆之间实施车间通信来控制车辆之间的车辆间隔的技术。顺便提及，在通过通信在车辆之间交换关于行驶的车辆的信息并且基于所接收的关于其他车辆的信息来实施预定控制(例如，在JP-A-63-098706中所描述的车辆间隔控制)的情况下，取决于控制的类型，例如如果信息的准确度低，则可能无法适当地执行控制。
发明内容
本发明提供了一种能够适当地执行行驶控制的车辆控制设备和车辆控制系统。本发明的第一方面是一种车辆控制设备，包括:通信装置，所述通信装置安装在车辆中以从所述车辆的外部接收关于来自于车辆外部的另外的车辆的信息；以及控制装置，所述控制装置安装在所述车辆中以利用关于所述车辆的信息和关于所述另外的车辆的信息对所述车辆实施行驶控制，其中，所述控制装置根据关于当前进行的所述行驶控制的状况或者当前受到所述行驶控制的所述车辆的状况来修改所述行驶控制的控制类型。所述控制装置可基于所述行驶控制的控制对象的控制目标值与在以所述控制目标值执行所述行驶控制期间获取的所述控制对象的实际测量值之间的偏差来修改所述行驶控制的控制类型。另外，所述控制装置可基于所述行驶控制的控制对象的实际测量值和控制目标值使所述行驶控制的控制类型在基于模型的控制与比例微分(PD)控制之间进行转换，其中所述基于模型的控制是基于车辆模型的，在所述比例微分控制中执行比例控制和微分控制。另外，可以执行所述行驶控制以控制相对于所述另外的车辆的车辆间隔。本发明的第二方面是一种车辆控制系统，包括:通信装置，所述通信装置安装在多台宿主车辆中的每一台中以从所述宿主车辆的外部接收关于另外的车辆的信息；以及控制装置，所述控制装置安装在多台宿主车辆中的每一台中以利用关于所述宿主车辆的信息和关于所述另外的车辆的信息对所述宿主车辆实施行驶控制，其中，多个所述控制装置中的每一个均根据关于当前进行的所述行驶控制的状况或者当前受到所述行驶控制的所述宿主车辆的状况来修改所述行驶控制的控制类型。此处，多个所述控制装置中的每一个均可以在多台所述宿主车辆的数量被维持的同时修改所述行驶控制的控制类型。根据本发明的车辆控制设备和车辆控制系统能够根据关于当前进行的行驶控制的状况或者当前受到行驶控制的车辆的状况来修改行驶控制的控制类型，因此能够根据这些状况在适当的行驶控制类型之间进行转换。
通过参照附图对示例实施方式的以下描述，本发明的上述及其他目的、特征和优点将变得显而易见，附图中相同的附图标记用于表示相同的元件，在附图中:图1是示出根据本发明实施方式的车辆控制系统(车辆控制设备)的构成的视图；图2是图示了线性二次型(LQ)控制的视图；以及图3是图示了 H)控制的视图。
具体实施例方式下面将基于附图详细说明根据本发明的车辆控制系统(车辆控制设备)的实施方式。注意，本发明不局限于该实施方式。现在将基于图1至图3描述根据本发明的车辆控制系统(车辆控制设备)的实施方式。根据该实施方式的车辆控制系统能够利用无线通信向周边车辆传输关于各个车辆的信息以及从周边车辆接收关于各个车辆的信息，并且利用由各个车辆共享的宿主车辆和另外的车辆的信息执行行驶控制。此处，多台车辆之间的车辆间隔控制将用作行驶控制的示例。换言之，在本示例中，车辆控制系统应用于下文将描述的车辆间隔自动控制系统。该系统通过在车辆中安装图1所示的构成元件(车辆控制设备)来实现。在本示例中，图1所示的构成元件安装在根据本系统的宿主车辆和宿主车辆周边的另外的车辆(例如，前行车辆和跟随车辆)中。根据该系统的控制操作通过图1所示的控制装置(ECU) 10来执行。车辆间隔自动控制系统实施所谓的自适应巡航控制(ACC)以将车辆间隔控制为设定的目标车间距离和设定的目标车间时间。通过缩短车辆间隔以获得目标车间距离和目标车间时间，车辆间隔自动控制系统能够降低跟随车辆所受到的空气阻力，并且因此能够提高跟随车辆的燃料效率。另外，通过缩短车辆间隔，车辆间隔自动控制系统能够增大在单位时间内通过道路上某一点的车辆的数量(所谓的交通容量)，这有利于缓和道路拥堵。通过根据本示例的车辆间隔自动控制系统执行的车辆间隔控制不局限于当跟随单台前行车辆时或者当被单台跟随车辆跟随时实施的前后一对车辆之间的车辆间隔控制，并且还包括在队列行驶期间对形成单个队列(车辆组)的多台车辆中的每一台执行的车辆间隔控制，其中在队列行驶中，车辆跟随前行车辆或者被跟随车辆跟随而成队列地行驶。在车辆间隔自动控制系统中，利用车用无线通信技术在车辆之间交换各种信息，并且基于该信息或者该信息中所包含的车辆间隔控制所需的信息来设定车辆间隔控制的控制目标值。随后，车辆间隔自动控制系统执行与该控制目标值相对应的车辆控制，由此对车辆间隔进行控制以使其匹配用作控制目标值的目标车间距离(目标车间时间)。换言之，车辆间隔自动控制系统执行信息通信型车辆间隔控制(例如，ACC)。实施车用无线通信的通信装置20连接至控制装置10。通信装置20受控制装置10控制以通过天线21传输下文将描述的各种信息(识别信息、行驶信息、控制目标值信息、驾驶员操作信息、车辆规格信息、通信标准信息、行驶环境信息等)，所述信息在车辆间隔自动控制系统中在各个车辆之间进行交换。
以下类型的通信可以用作车用无线通信。例如，该类型的无线通信包括在车辆之间直接交换信息的通信和经由设置在车外的通信设施在车辆之间间接交换信息的通信。作为前一类型的无线通信的示例，可以引用在车辆之间直接交换信息的车-车通信。作为后一类型的无线通信的示例，可以引用经由设置在车外的通信设施(路边装置)在车辆之间交换信息的车-路-车通信以及利用诸如互联网的通信基础设施经由设置在车外的通信设施(基站，例如信息中心)在车辆之间交换信息的通信。在队列行驶期间，不管信息是直接交换还是间接交换，紧接的前行车辆和车辆组中的任何其他前行车辆二者、以及紧接的跟随车辆和车辆组中的任何其他跟随车辆二者均可以作为通信伙伴。上述车-路-车通信是路-车通信应用的示例，在路-车通信中，信息在车辆的通信装置20与设置在车外的通信设施(路边装置)之间进行交换。当车辆接收诸如关于前方道路的拥堵状况和交通信号状况的信息时，使用路-车通信。在车辆之间交换的各种信息的示例包括识别信息、行驶信息、控制目标值信息、驾驶员操作信息、车辆规格信息、通信标准信息、行驶环境信息等。用于获取此信息的检测装置等安装在车辆中。通过检测装置等获取的信息(检测信号等)传输至控制装置10。识别信息是用于指定和识别信息传输源的信息。在车辆间隔自动控制系统中，用于指定和识别车辆本身的车辆识别信息预先设定在车辆中。注意，车辆识别信息可以在通信时进行传送。在队列行驶期间，也可以传送用于指定和识别车辆组的车辆组识别信息。车辆组识别信息例如在队列行驶开始时通过属于车辆组的多个车辆中的一辆(例如，领头车辆)的控制装置10来设定，并且通过无线通信传送至各个车辆。在队列行驶期间，当新的车辆加入该组时、当车辆离开该组时等，属于车辆组的各个车辆中可能会发生变化。在车辆间隔自动控制系统中，当属于车辆组的各个车辆中发生变化时，可以重新传送新的车辆组识别信息。可替代地，当新的车辆加入车辆组时，既有的车辆组识别信息可以传送至新加入的车辆。另一方面，当车辆离开车辆组时，脱离的车辆中所保持的车辆组识别信息被脱离的车辆的控制装置10删除。行驶信息是在宿主车辆行驶时获取的测量信息和估算信息。行驶信息的示例包括指示宿主车辆的当前位置和行进方向的信息。例如通过全球定位系统(GPS) 31获取的测量信息可以用作当前位置信息。行进方向信息可以从GPS31获取的测量信息的改变中估算出，或者基于例如将在下文描述的指示方向指示器操作方向和转向角的信息来估算。来自于导航系统32的地图信息可以与GPS31获取的估算信息一起使用来作为当前位置信息和行进方向信息。行驶信息还可以包括关于宿主车辆的车速信息、关于宿主车辆的车辆加速度信息(车辆减速度信息)、关于宿主车辆的车辆侧向加速度信息、关于宿主车辆的急动信息、关于宿主车辆的偏航率信息、关于宿主车辆的纵倾角信息、和关于宿主车辆的侧倾角信息。该行驶信息基于来自于宿主车辆中安装的各种传感器例如车速传感器(车速检测装置33)和加速度传感器的检测值来获取。控制目标值信息是指示在与另外的车辆进行车辆间隔控制期间所需的宿主车辆的控制目标值的信息。控制目标值信息包括指示前述目标车间距离和目标车间时间以及为实现目标车间距离和目标车间时间而设定的目标车速、目标车辆加速度或者目标车辆减速度(下文称为“目标车辆加速度/减速度”)和宿主车辆的目标急动的信息。控制装置10基于所接收的其他车辆信息设定涉及车辆间隔控制的控制目标值。
驾驶员操作信息包括指示驾驶员对宿主车辆的输入装置进行操作的量的信息和指示是否已经操作输入装置的信息。前者的操作量信息包括指示加速器踏板的加速器操作量(节气门开度等)的信息、指示制动踏板的制动操作量(制动压力等)的信息、指示是否已经向左或者向右操作方向指示器的操作方向信息、指示方向盘的转向角的信息、指示前照灯开关的操作状况的信息(指示前照灯是否是远光、近光、或者弱光的信息)等。同时，后者的操作信息包括指示是否已经操作制动器(制动灯开关是否为“开”或“关”)的信息、指示是否已经操作方向指示器的信息、指示是否已经操作前照灯开关的信息、指示是否已经操作雨刷器开关的信息、指示是否已经对诸如空气调节器或者音响器材等的另外的装置实施开关操作的信息。车辆规格信息不仅 包括作为车辆的设计值预先确定的信息，而且还包括不频繁变
化的信息。例如，规格信息包括车辆重量、最大车辆制动力(取决于路面摩擦系数的最大车
辆减速度)、最大加速力(最大车辆加速度)、最大急动、车辆响应特性信息、各种致动器的响
应性(对控制指令的响应速度)、装备信息等。此处，车辆响应特性信息为指示在以控制目标
值进行控制期间所显现的输出响应性的信息，并且对应于在例如下列方程I等中的关于时
间常数Ts的信息。方程I示出实际车辆加速度/减速度aac;tual相对于目标车辆加速度/减
速度Utawt的响应特性。在方程I中，“s”是拉普拉斯算子。另外，致动器包括制动致动器、
节气门致动器、变速器致动器等。另外，装备信息包括例如轮胎抓地性能等。
IUa tual -1 + 乃 * s u^Iget(I)通信标准信息为例如指示用于双向无线通信的通信标准、用于无线局域网(LAN)的通信标准、用于信标的通信标准等的信息。在车用无线通信期间实施的双向通信包括专用短程通信(DSRC)等。通信标准信息还包括传输至传输目的地的问候信息、指示上述各种致动器中的响应延迟的时间常数信息、指示转送信息的标记等。行驶环境信息是指示宿主车辆行驶所沿的路面的信息。行驶环境信息包括指示路面摩擦系数的信息、指示路面坡度的信息、指示路面温度的信息、指示路面是铺装浙青的路面或者非铺装路面的信息、以及指示路面是否是湿的、干的或冻结的信息。在车辆间隔控制期间设定的控制目标值主要为目标车间距离和目标车间时间，它们用作车辆间隔控制的主要目标。基于车辆之间的相对速度、车间距离和相对车辆加速度的当前值将目标车间距离(目标车间时间)设定成如下值:该值能够确保即使例如前行车辆紧急制动等，车间距离也不会达到零。相对速度等基于所接收的关于前行车辆的信息(指示车速、位置等的信息)进行计算。在车辆间隔自动控制系统中，目标车速、目标车辆加速度/减速度和目标急动设定为用于基于目标车间距离(目标车间时间)进行控制的车辆的实际控制目标值。例如，在车辆间隔自动控制系统中，实施基于车辆模型的基于模型的控制以在各个车辆之间执行车辆间隔控制使得控制对象(车间距离、车间时间等)匹配控制目标值(目标车间距离和目标车间时间)。作为具体示例，在该实施方式中，执行用于设定各个车辆的控制目标值的最优化控制(LQ控制)，使得在包括两个或更多个车辆模型的系统中实现最优化。此处，将描述当图2所示五台车辆Cl至C5成队列行驶时通过LQ控制进行的车辆间隔控制(队列行驶控制)的示例。在车辆间隔自动控制系统中，跟随车辆C2至C5的行驶状况根据领头车辆Cl的行驶状况进行控制，使得跟随车辆C2至C5跟随领头车辆Cl，由此车辆Cl至C5以目标车间距离Ltgt在队列中行驶。此时，上述关于宿主车辆及其它车辆的全部各种信息或者各种信息中的所需信息在车辆Cl至C5之间通过无线通信进行共享。随后，跟随车辆C2至C5的目标车辆加速度/减速度值U2至U5基于所共享的信息进行设定，借此跟随车辆C2至C5的加速度/减速度值被控制以匹配各个目标车辆加速度/减速度值U2至u5。此时所共享的信息包括车辆加速度/减速度值(通过诸如加速度传感器的前后加速度检测装置34获取的实际测量值或者估算值)B1至a5、和用于各个车辆Cl至C5的目标车辆加速度/减速度值U1至u5、以及从前到后串行排列的各个车辆之间的车间距离误差L1至L4和相对速度L1'至L4' (dlVdt至dL4/dt)。在队列 行驶控制中，车辆Cl至C5的队列行驶由如下所示的状态向量X的时间微分表示(方程2:状态空间方程)，其中该方程2使用跟随车辆C2至C5的目标车辆加速度/减速度值U2至U5作为控制输入，并且使用车辆加速度/减速度值B1至a5、车间距离误差L1至L4和相对速度L1'至L4'作为状态量。X1 = Ax+Bcuc+B0u0+Bffuff (2)此处，方程2中的“U。”为目标车辆加速度/减速度向量，“Utl”为领头车辆Cl的目标车辆加速度/减速度，并且“uw”指代道路坡度或者诸如风的扰动。另外，
和“Bw”指代通过各个车辆Cl至C5的规格信息等确定的矩阵。状态向量X和目标车辆加速度/减速度向量U。如下。X 一 (d-ι, L1, L1 ，a2, L2, L2 ，a3, L3, L3 ，L4, L4 ，a5)uc = (u2, u3, u4, u5)T目标车辆加速度/减速度向量U。能够利用反馈增益矩阵K表达为如下方程3中所示。根据本示例的反馈增益矩阵K为13列X4行的矩阵。
权利要求
1.一种车辆控制设备,包括: 通信装置，所述通信装置安装在车辆中以从所述车辆的外部接收关于另外的车辆的信息；以及 控制装置，所述控制装置安装在所述车辆中以利用关于所述车辆的信息和关于所述另外的车辆的信息对所述车辆实施行驶控制， 其中，所述控制装置根据关于当前进行的所述行驶控制的状况或者当前受到所述行驶控制的所述车辆的状况来修改所述行驶控制的控制类型。
2.根据权利要求1所述的车辆控制设备，其中，所述控制装置基于所述行驶控制的控制对象的控制目标值与在以所述控制目标值执行所述行驶控制期间获取的所述控制对象的实际测量值之间的偏差来修改所述行驶控制的控制类型。
3.根据权利要求1或2所述的车辆控制设备，其中，所述控制装置基于所述行驶控制的控制对象的实际测量值和控制目标值使所述行驶控制的控制类型在基于模型的控制与比例微分控制之间进行转换，其中所述基于模型的控制是基于车辆模型的，在所述比例微分控制中执行比例控制和微分控制。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆控制设备，其中，执行所述行驶控制以控制相对于所述另外的车辆的车辆间隔。
5.—种车辆控制系统,包括: 通信装置，所述通信装置安装在多台宿主车辆中的每一台中以从所述宿主车辆的外部接收关于另外的车辆的信息；以及 控制装置，所述控制装置安装在多台宿主车辆中的每一台中以利用关于所述宿主车辆的信息和关于所述另外的车辆的信息对所述宿主车辆实施行驶控制， 其中，多个所述控制装置中的每一个均根据关于当前进行的所述行驶控制的状况或者当前受到所述行驶控制的所述宿主车辆的状况来修改所述行驶控制的控制类型。
6.根据权利要求5所述的车辆控制系统，其中，多个所述控制装置中的每一个均在多台所述宿主车辆的数量被维持的同时修改所述行驶控制的控制类型。
全文摘要
一种车辆控制设备，包括通信装置(20)，所述通信装置(20)安装在车辆中以从所述车辆的外部接收关于另外的车辆的信息；以及控制装置(10)，所述控制装置(10)安装在所述车辆中以利用关于所述车辆的信息和关于所述另外的车辆的信息对所述车辆实施行驶控制，其中所述控制装置(10)根据关于当前进行的所述行驶控制的状况或者当前受到所述行驶控制的所述车辆的状况来修改所述行驶控制的控制类型。
文档编号B60K31/00GK103153677SQ201180036606
公开日2013年6月12日 申请日期2011年7月25日 优先权日2010年7月27日
发明者根本雄介 申请人:丰田自动车株式会社