专利名称：队列行驶控制系统及车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及为了使多个车辆组成队列行驶而对构成队列的各构成车辆的行驶状态进行控制的队列行驶控制系统、及具备这样的系统的车辆。
背景技术：
近年，为了实现交通流量改善、实现基于空气阻力的降低的燃耗改善，使多个车辆以短的车间距离排成一列进行队列行驶的技术受到关注。以往，作为这样的队列行驶的技术，公知有队列的各后续车辆控制与各前车的车间距离的方式。在该方式中，排头车辆受到道路坡度、风等的干扰时，存在车间距离的误差传递到后方车辆的问题。对于该问题，提出了日本特开平10-162观2号公报的系统。在该系统中，队列的各后续车辆分别通过控制与队列的排头车辆间的车间距离，实现基于多台车辆的队列行驶。该公报显示，根据该方式， 对于队列的排头车辆受到的干扰，各后续车辆迅速响应，因此不存在车间距离的误差的传递等，队列的行驶状况不易混乱。专利文献1 日本特开平10_162观2号公报
发明内容
然而，在上述专利文献的系统中，在排头车辆以外的任何一个后续车辆受到干扰时，几乎不能应对该干扰，因此队列的行驶状况容易混乱而变得不稳定。另外，由于没有控制后续车辆彼此的车间距离，因此即使在后续车辆彼此接近至必要以上的情况下，要将其复原的作用不能发挥，不稳定。这样，基于上述专利文献记载的系统的队列行驶存在抗干扰较弱的问题。因此，本发明的目的在于提供一种能够实现抗干扰强的队列行驶的队列行驶控制系统及车辆。本发明的队列行驶控制系统，为了使各车辆组成队列行驶而控制多个车辆的行驶状态，其特征在于，将构成队列的构成车辆中的至少一部分构成车辆的行驶控制量决定为使规定的评价值为最小的行驶控制量，所述规定的评价值基于与各构成车辆间的相对关系相关的值和与构成车辆中的至少1台构成车辆的行驶控制量相关的值而算出。根据该队列行驶控制系统，考虑队列的构成车辆的车辆间的相对关系和构成车辆的行驶控制量而控制队列行驶，因此可实现抗干扰也强的队列行驶，该干扰为扰乱各构成车辆的车辆间的相对关系的干扰。另外，上述规定的评价值也可以为分别对与各构成车辆间的相对关系相关的值和与构成车辆中的至少1台构成车辆的行驶控制量相关的值进行加权而算出的值。该情况下，能够对于与各构成车辆间的相对关系相关的值和与构成车辆中的至少 1台构成车辆的行驶控制量相关值分别对队列行驶的控制带来的影响进行加权。另外，与所述构成车辆间的相对关系相关的值也可以包含各构成车辆的与前一构成车辆之间的各车间距离的误差、或各构成车辆的与前一构成车辆之间的各相对速度中的至少一方。该情况下，考虑了构成车辆彼此的车间距离或相对速度，因此能够实现抗干扰强且车间稳定性高的队列行驶，该干扰为扰乱各构成车辆彼此的车间距离或相对速度的干扰。另外，也可以在上述至少一部分构成车辆中包含队列的排头车辆。根据该构成，排头车辆的行驶状态也被控制，也能够根据排头车辆的移动而吸收干扰。另外，该情况下，也可以是，与所述至少1台构成车辆的行驶控制量相关的值为分别对排头车辆的行驶控制量和排头车辆以外的后续车辆的行驶控制量进行加权而算出的值，该加权的权重基于排头车辆与存在于该排头车辆前方的障碍物之间的位置关系而决定。本发明人认为，在排头车辆的行驶状态被控制的情况下，越是在排头车辆和障碍物之间的位置关系不良好的情况下(例如，排头车辆和障碍物接近的情况)，排头车辆的安全性越低，因此着眼于应使在排头车辆中介入控制的程度少。鉴于该见解，根据队列行驶控制系统的上述构成，在评价值中，基于排头车辆和障碍物的位置关系决定加权的权重，利用该加权分配向排头车辆的控制介入的程度和向后续车辆的控制介入的程度的平衡，从而能够以与排头车辆的安全性对应的平衡在排头车辆中介入控制。其结果是，例如排头车辆和障碍物之间的距离靠近时，避免对排头车辆要求大的运动的情况。另外，所述规定的评价值为分别对各构成车辆的与前一车辆之间的各车间距离的误差和构成车辆中的至少1台构成车辆的行驶控制量进行加权而算出的值，该加权的权重基于构成车辆行驶的速度而决定。本发明人注意到，为了在这种车辆的队列行驶中实现燃耗改善，在低速行驶时，由于空气阻力的影响小，因此相比队列的稳定性更重视构成车辆的加减速的降低，相反在高速行驶时由于空气阻力的影响较大，因此相比构成车辆的加减速的降低更应重视队列的稳定性。鉴于该见解，根据队列行驶控制系统的上述构成，在评价值中，基于构成车辆的行驶速度决定加权的权重，分配与队列的稳定性相关的队列的构成车辆的车辆间的相对关系和与构成车辆的加减速的抑制相关的构成车辆的行驶控制量的平衡。因此，根据该系统，能够进行利用基于队列的行驶速度的平衡将队列的稳定性和构成车辆的加减速的抑制考虑在内的队列行驶控制，能够高效地实现燃耗改善。本发明的车辆的特征在于具备上述任意一项的队列行驶控制系统。由于该车辆具备上述任意一项的队列行驶控制系统，因此能够实现抗干扰强的队列行驶。另外，在该情况下，本发明的车辆也能够为队列的一构成车辆。发明效果根据本发明的队列行驶控制系统及车辆，能够实现抗干扰强的队列行驶。
图1是表示本发明的队列行驶控制系统的第1、第2、第4、第5实施方式的框图。图2是表示通过图1所示的队列行驶控制系统实现的队列行驶的图。图3是表示第1实施方式的队列行驶控制系统在决定队列的构成车辆的时点进行的处理的流程图。
图4是表示第1实施方式的队列行驶控制系统在队列行驶中进行的处理的流程图。图5(a)、(b)、(C)是分别表示对于基于第1现有控制的队列行驶施加未知坡度干扰的情况下的、各车辆C1 C5的车间距离误差、车辆间相对速度、及加速度的坐标图，图 5(d)是表示基于第1现有控制的队列行驶控制的模型的图。图6(a)、(b)、(c)是分别表示对于基于第1现有控制的队列行驶施加未知坡度干扰的情况下的、各车辆C1 C5的车间距离误差、车辆间相对速度、及加速度的坐标图，图 6(d)是表示基于第1现有控制的队列行驶控制的模型的图。图7 (a)、(b)、(c)是分别表示对于基于第1实施方式的队列行驶控制系统的队列行驶施加未知坡度干扰的情况下的、各车辆C1 C5的车间距离误差、车辆间相对速度、及加速度的坐标图。图8 (a)、(b)、(c)是分别表示对于基于第1现有控制的队列行驶施加脉冲状干扰的情况下的、各车辆C1 C5的车间距离误差、车辆间相对速度、及加速度的坐标图，图8 (d) 是表示基于第1现有控制的队列行驶控制的模型的图。图9 (a)、(b)、(c)是分别表示对于基于第1现有控制的队列行驶施加脉冲状干扰的情况下的、各车辆C1 C5的车间距离误差、车辆间相对速度、及加速度的坐标图，图9 (d) 是表示基于第1现有控制的队列行驶控制的模型的图。图10 (a)、(b)、(c)是分别表示对于基于第1实施方式的队列行驶控制系统的队列行驶施加脉冲状干扰的情况下的、各车辆C1 C5的车间距离误差、车辆间相对速度、及加速度的坐标图。图11是表示第2实施方式的队列行驶控制系统在队列行驶中进行的处理的流程图。图12 (a)、(b)、(c)是分别表示对于基于第2实施方式的队列行驶控制系统的队列行驶施加未知坡度干扰的情况下的、各车辆C1 C5的车间距离误差、车辆间相对速度、及加速度的坐标图。图13是表示本发明的队列行驶控制系统的第3实施方式的框图。图14是表示第3实施方式的队列行驶控制系统在队列行驶中进行的处理的流程图。图15是表示排头车辆C1的TTC和评价函数中包含的权重ε ul的关系的坐标图。
图16是表示第4实施方式的队列行驶控制系统在队列行驶中进行的处理的流程图。图17是表示车速V和评价函数中包含的权重ε u、ε ^的关系的坐标图。图18是表示第4实施方式的队列行驶控制系统在队列行驶中进行的处理的流程图。标号说明1，201，301，401，501…队列行驶控制系统C1 C5…车辆(V··排头车辆C2 C5…后续车辆
具体实施例方式以下参照附图对本发明的队列行驶控制系统及车辆的优选实施方式进行详细说明。(第1实施方式)图1所示的队列行驶控制系统1是为了使多个车辆组成队列行驶而控制该多个车辆的各行驶状态的系统。通过该队列行驶控制系统1，实现多个车辆以比较窄的车间距离排成纵向一列而行驶的队列行驶。在该队列行驶控制系统1中，能够实现由任意台数的车辆构成的队列行驶，但在此，如图2所示，举例说明以5台车辆C” C2、C3、C4、C5进行队列行驶的情况。在以下的说明中，如图2所示，从队列的排头开始数第η辆(η= 1,2,…，5)的车辆Cn的加速度以表示，将车辆Cn的速度以“Vn”表示，将车辆Cn的加速度指令值以“un” 表示。另外，以"Ln ”表示车辆Cn和车辆Cn+1之间的车间距离误差。车间距离误差是指目标车间距离Ltgt与当前的车间距离之间的误差。另外，将队列的构成车辆C1 C5中在排头行驶的车辆C1称为“排头车辆”，与此相对，有时将车辆C2 C5总称为“后续车辆”。构成队列的全部车辆C1 C5分别逐个搭载以下说明的队列行驶控制系统1。如图1所示，队列行驶控制系统1具备车辆控制ECU (Electronic Control Unit 电子控制单元)10。车辆控制ECUlO是进行队列行驶控制系统1的整体的控制的电子控制单元，例如以包含CPU、ROM、RAM的计算机为主体而构成。车辆控制E⑶10具有可暂时或长期保存信息的信息存储部10a。该车辆控制ECUlO作为根据后述的规定的运算算出车辆C1 C5的各加速度指令值U1 U5的运算单元起作用。进而，队列行驶控制系统1具备用于检测本车辆的行驶状态的传感器类。该传感器类中包含前方车间距离传感器21a、后方车间距离传感器22a、车速传感器23a、及加速度传感器Ma。前方车间距离传感器21a能够检测本车辆与在本车辆的紧前方行驶的车辆之间的车间距离。同样，后方车间距离传感器22a能够检测本车辆与在本车辆的紧后方行驶的车辆之间的车间距离。作为这样的前方车间距离传感器21a及后方车间距离传感器22a， 例如采用分别设置在车辆的前部及后部的毫米波雷达。利用前方车间距离传感器21a获得的信号由前方传感器E⑶21进行处理，并作为前方车间距离信息被发送至车辆控制E⑶10。 同样，利用后方车间距离传感器2 获得的信号由后方传感器ECU22进行处理，并作为后方车间距离信息发送至车辆控制E⑶10。车速传感器23a能够检测本车辆的速度。作为车速传感器23a，例如可使用检测车轮速度的电磁拾波传感器。利用车速传感器23a获得的信号由车速传感器ECU23进行处理，并作为车速信息被发送至车辆控制ECU10。作为加速度传感器Ma，例如可使用气体速率传感器或陀螺仪。利用加速度传感器2 获得的信号由加速度传感器ECUM进行处理， 并作为加速度信息被发送至车辆控制ECU10。前方传感器E⑶21、后方传感器E⑶22、车速传感器E⑶23、加速度传感器EOTM经由作为车辆内网络构筑的通信/传感器系统CAN20与车辆控制E⑶10连接。如以上所述，在队列行驶控制系统1中，可利用上述传感器类获得关于本车辆的前方车间距离信息、后方车间距离信息、车速信息、及加速度信息。在以下的说明中，有时将前方车间距离信息、后方车间距离信息、车速信息、加速度信息总称为“行驶状态信息”。进而，系统1为了进行本车辆的加减速/转向等操作，具备发动机控制ECU31、制动器控制ECU32、转向控制ECU33。发动机控制ECU31接收从车辆控制ECUlO发送的加速度指令值信息，并以与该加速度指令值对应的操作量对节气门促动器31a等进行操作。另外，制动器控制ECU32接收上述加速度指令值信息，并以与该加速度指令值对应的操作量对制动器促动器3 等进行操作。另外，转向控制ECU33接收从车辆控制ECUlO发送的转向指令值信息，并以与该转向指令值对应的操作量对转向促动器33a等进行操作。另外，队列行驶控制系统1为了在队列的其他构成车辆之间交换彼此的行驶状态信息等而具备无线天线26a及无线控制EC似6。队列内的各车辆C1 C5利用该无线天线 26a及无线控制EC似6彼此进行车车间通信，取得其他的构成车辆全部的车辆规格信息、行驶状态信息、及加速度指令值信息，并且将本车辆的车辆规格信息、行驶状态信息、及加速度指令值信息发送至其他车辆。通过这样的车车间通信，在全部车辆C1 C5的车辆控制 ECUlO中能够共有全部车辆C1 C5的车辆规格信息、行驶状态信息、及加速度指令值信息。 无线控制EOT^经由上述的通信/传感器系统CAN20与车辆控制E⑶10连接。接着，对基于该队列行驶控制系统1的队列行驶控制进行说明。在基于队列行驶控制系统1的队列行驶控制中，根据排头车辆C1的行驶状态控制 4台后续车辆C2 C5的行驶状态。即，排头车辆C1由驾驶者手动驾驶，排头车辆C1的行驶状态中没有介入队列行驶控制系统1的控制。并且，队列行驶控制系统1以追随驾驶者手动驾驶的排头车辆C1的方式控制4台后续车辆C2 C5的行驶状态。根据队列行驶控制系统1，在决定各后续车辆C2 C5的各加速度指令值U2 U5 时，利用全部车辆C1-C5的行驶状态信息等。具体而言，在队列行驶控制系统1中，使用最优控制(LQ控制)，利用关于构成队列的全部车辆C1 C5的加速度％ ％、车间距离误差 L1 L4、车辆间相对速度L’工 L’ 4、加速度指令值U1 u5，决定加速度指令值U2 u5。车辆间相对速度是车辆Cn的车速Vn和车辆Cn+1的车速Vn+1之差，但由于也是车间距离误差Ln 的时间微分，因此由dLn/dt或L’ 表示车辆间相对速度。在此，对该队列行驶控制系统1决定各后续车辆C2 C5的加速度指令值U2 U5 的算法进行说明。在该队列行驶控制中，将加速度指令值U2 U5作为控制输入，将加速度 a5、 车间距离误差L1 L4、车辆间相对速度L’工 L’ 4作为状态量，由以下的状态空间方程式 (1)表示车辆C1 C5的队列行驶。并且，对于由该状态空间方程式(1)表示的系统，适用最优控制(LQ控制)。数学式1
权利要求
1.一种队列行驶控制系统，为了使多台车辆组成队列行驶而控制所述各车辆的行驶状态，其特征在于，将构成所述队列的构成车辆中的至少一部分构成车辆的行驶控制量决定为使规定的评价值为最小的行驶控制量，所述规定的评价值基于与所述各构成车辆间的相对关系相关的值和与所述构成车辆中的至少1台构成车辆的行驶控制量相关的值而算出。
2.如权利要求1所述的队列行驶控制系统，其特征在于，所述规定的评价值为分别对与所述各构成车辆间的相对关系相关的值和与所述构成车辆中的至少1台构成车辆的行驶控制量相关的值进行加权而算出的值。
3.如权利要求1或2所述的队列行驶控制系统，其特征在于，与所述构成车辆间的相对关系相关的值包含所述各构成车辆的与前一构成车辆之间的各车间距离的误差、或所述各构成车辆的与前一构成车辆之间的各相对速度中的至少一方。
4.如权利要求1 3中任一项所述的队列行驶控制系统，其特征在于，所述至少一部分构成车辆中包含所述队列的排头车辆。
5.如权利要求4所述的队列行驶控制系统，其特征在于，与所述至少1台构成车辆的行驶控制量相关的值为分别对所述排头车辆的目标行驶控制量和所述排头车辆以外的后续车辆的行驶控制量进行加权而算出的值，该加权的权重基于所述排头车辆与存在于该排头车辆前方的障碍物之间的位置关系而决定。
6.如权利要求3 5中任一项所述的队列行驶控制系统，其特征在于，所述规定的评价值为分别对所述各构成车辆的与前一车辆之间的各车间距离的误差和所述构成车辆中的至少1台构成车辆的行驶控制量进行加权而算出的值，该加权的权重基于所述各构成车辆行驶的速度而决定。
7.—种车辆，其特征在于，具备权利要求1 6中任一项所述的队列行驶控制系统。
全文摘要
队列行驶控制系统是通过最优控制(LQ控制)来控制各车辆的行驶状态以使例如5台车辆组成队列行驶的系统。该5台车辆中的后续4台车辆的加速度指令值被决定为使规定的评价函数最小的值，评价函数基于各车辆彼此的车间距离的误差、各车辆彼此的车辆间相对速度、各车辆的加速度指令值而算出。
文档编号G08G1/09GK102292752SQ200980155048
公开日2011年12月21日 申请日期2009年1月20日 优先权日2009年1月20日
发明者志田充央 申请人:丰田自动车株式会社