JPH03189805A

JPH03189805A - 車両の自動操舵方法及びその自動操舵装置

Info

Publication number: JPH03189805A
Application number: JP1330078A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ito; 公明伊藤
Original assignee: Tokimec Inc
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1991-08-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、現在地点から他の目的地点までの設定コース
に沿って、車両を速やかに誘導するための自動操舵方法
及びその方法による自動操舵装置に関する。

［従来の技術］従来、この種の自動操舵方法としては、特開昭５９−１
１１５０８号に開示されたものがある。

この従来技術は、車両が設定コースを外れた場合に、車
両の現在地点と目的地点との間に適当数の目標点を設定
し、車両の現在地点と目標地点の間を３次曲線で結んで
、その３次曲線上を走行するための舵角を算出し、その
舵角で車両を単位時間走行させ、更に、単位時間走行し
た後の車両位置を現在地点として、その現在地点と上記
目的地点との間を再び３次曲線で結び、その３次曲線上
を走行するための舵角を算出して、その舵角で再び車両
を単位時間走行させる。

そして、単位時間走行する毎に新たな舵角を算出する処
理を目的地点に到達するまで繰り返すことによって、車
両を目的地点に誘導しようとするものである。・・［発明が解決しようとする課題］しかしながら、このような従来の自動誘導方法にあって
は、車両の現在地点と目的地点との間に適当な数の目標
点を設定することが困難であるという問題があった。

即ち、車両の実際の走行コースを可能な限り設定コース
に合致させようとすれば、車両の現在地点と最終目的地
点との間に、多数の目標点を高密度に設定する必要があ
り、処理が極めて煩雑となる問題があった。

又、車両の現在地点と最終目的地点との間の目標点の設
定について、コースに応じて最適の目標点数を設定する
手法が開示されていないため、最適な目標点の数を勘に
頼って設定しなければならないという問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みて成されたものであり、
車両の誘導制御をより簡素化し且つ高精度化することが
できる車両の自動操舵方法及びその方法を適用した自動
操舵装置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］このような目的を達成するために本発明は、車両が設定
コースを外れた場合に、その時の現在地点と設定コース
との位置偏差り及び方位偏差Δθを検出し、該位置偏差
りと方位偏差Δθに夫々所定の係数Ｋｌ、に２を乗算し
て得られる値（Ｋｌ・ΔＤ）と（Ｋ２・Δθ）の和（＝
に１・Ｄ＋に２・Δθ）を舵角αとして、車両を走行さ
せることとした。

又、この方法による自動操舵装置として、方位測定手段
と、距離測定手段と、設定コースのデータを予め記憶す
る記憶手段を備えると共に、方位測定手段と距離測定手
段から出力される方位と距離の測定データから上記位置
偏差及び方位偏差を求め、これらのデータに所定の係数
を乗算して加算演算することによって舵角を求める演算
手段を設けた。

［作用］このような方法及び装置による本発明にあっては、ずれ
た地点から設定コースへ車両を修正するための処理を、
極めて簡単な演算処理及び演算処理のための装置によっ
て実現することができ、且つ高い精度で自動修正を行な
うことが可能となる。

［実施例］以下、本発明の一実施例を図面と共に説明する。

まず、本発明の操舵方法に基づく自動操舵装置の構成を
第１図に示す。第１図において、自動操舵袋Ｗ１は、車
両の走行方位θを逐次測定する方位測定手段２と、走行
距離１を逐次測定する距離測定手段３と、車両が走行す
べき設定コースのデータを予め記憶する記憶手段４を備
え、方位測定手段２としては例えばジャイロを使用し、
距離測定手段３としては例えば車輪の回転数を計数する
ことによって走行距離を測定するエンコーダを使用する
。

又、車両の進路即ち設定コースのデータを予め記憶する
記憶手段４を有し、続出専用メモリ（ＲＯＭ）や、図示
しないインターフェースを介して設定コースのデータを
再書き込み可能とするランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ
）で構成されている。

更に、マイクロプロセッサ等から成る演算手段５を備え
、方位測定手段２と距離測定手段３からの夫々の実測デ
ータを入力して、記憶手段４に記憶されている設定コー
スのデータと実測データを比較することによって、車両
の設定コースからのズレ、即ち位置偏差りと方位偏差Δ
θを算出し、更に、これらの位置偏差りと方位偏差Δθ
に対して後述する所定の演算を行うことによって、車両
位置のズレを修正するための車両の舵角αを演算し、該
舵角αのデータを操舵機構（図示せず）へ出力する。

次に、かかる構成の自動操舵装置１の作動を説明する。

第２図に示すように、車両６はＸＹ座標系を移動するも
のとし、車両６の運動は式（１）〜（３）％式％（）（２）ここで、ｄ　ｘ　／　ｄ　ｔはＸ方向の単位時間の変化
、ｄｙ／ｄｔはＹ方向の単位時間の変化、Ｌは前後輪の
距離、θは車両の方位、αは前輪の進行角即ち、舵角を
表す。

そして、この実施例では、車輪の舵角は演算手段５で演
算した舵角αに従って設定し、車両が設定コースから外
れた場合に、舵角αを設定することによって車両の設定
コースへの復帰を図ろうとするものである。

例えば、第３図に示すように、車両が設定コース（同図
では、Ｘ軸上にあるものとする）から、Ｄの位置偏差及
び、Δθの方位偏差が検出された場合、制御すべき舵角
αは、次式（４）による位置偏差りと方位偏差Δθの線
形結合で決定する。

α＝に１・ΔＤ＋に２・Δθ　　　・・・（４）ここで
、係数に１とに２は、適宜の値に設定される。

次に、上記式（４）の演算処理で求めた舵角αの方向へ
車両６の前輪を操舵して走行させることによって、車両
６が設定コースへ復帰する原理を説明する。

設定コースは今Ｘ軸に一致させて設定するものとする。

したがって、位置偏差りはＹ軸の値、方位偏差Δθはθ
と等価とすることができ、上記式（２）％式％（）（５）となり、θが小さいものとすると更に上記式（５）は、Ｄｄｔ＝Ｖ・　θ ・・・　（６）となる。

又、舵角αが小さいものとすると、上記式（３）％式％
（７）となる。更に、上記式（７）に上記式（４）を代入する
と、ｄｏ　−二　（Ｋｌ・Ｄ＋に２・θ）　・・・（８）ｄ
ｔ　　　　　　Ｌとなり、更に上記式（８）を、車両速度Ｖが一定（ｖ＝
ｃｏｎｓｔ）という条件下で時間微分して、上記式（６
）を代入すると、２ｄｔ　　　　　　Ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ｄｔ・・・　（９）となる。そして、上記式（９）は２次の微分方程式であ
るから、係数に１とに２について、Ｋ１く０、Ｋ２〈０
の条件を満足する値に設定すれば、θは減衰振動又は指
数関数的に減衰して、零に収束する。

したがって、制御する車両の大きさに応じて、最適な係
数に１とに２を予め設定し、第１図の演算手段５におい
てこれらの係数に１とに２を適用した上記式（４）の演
算処理を行うことによって、最適な舵角αを決定するこ
とができ、そして、この舵角αに基づいて車両を制御す
ることで、車両の設定コースへの復帰を完全に自動化す
ることが可能となる。

第４図は、この原理に基づいて車両を制御した場合のシ
ミュレーション結果を示す。即ち、具体的な数値とし、
車両速度をｖ＝５０ｃｍ／ｓｅｅ　、初期方位ズレΔθ
＝１０°、初期位置ズレＤ＝１０ｃｍ、に１＝−０，０
２、Ｋ２＝−５、前後輪の距離Ｌ＝１００ｃｍに設定し
た場合である。

又、第５図はこの原理に基づいて車両を制御した場合の
他のシミュレーション結果を示す。即ち、具体的な数値
として、車両速度をｖ　＝　５０　ｃｍ／５ｅｃ１初期
方位ズレΔθ＝−１０°、初期位置ズレＤ＝２０ｃｍ、
に１＝−０，０２、Ｋ２＝−５、前後輪の距離Ｌ＝１０
０　ｃｍに設定した場合である。

これらのシミュレーション結果から明らかなように、車
両が設定コースの進行方向（Ｘ軸方向）に対して、正の
方位又は負の方位にずれても、滑らかに設定コースへ復
帰させることができる。

尚、このシミュレーションでは、実際の車両の舵角に即
して、α＝±４５°でリミットを設けている。即ち、第
１図の演算手段５から出力された舵角α信号を、更に選
択手段（図示せず）で予め設定されてる最大舵角α□、
８と比較し、舵角αが一４５″＜α〈＋４５°の範囲外
の値と成った場合に、舵角αをαｍａｔとする。

次に、本発明による自動操舵方法を利用することによっ
て、車両の進路を変更する場合の方法を第６図と共に説
明する。

尚、第６１ｆｆｌにおいて、進路変更の目標点をＰとし
て、８点からＴ点へ進行するものとする。ここで、第１
の通過目標点Ｓの座標が（Ｘｉ、Ｙｌ）、進路変更目標
点Ｓの座標が（Ｘ２．Ｙ２）　、第２の通過目標点Ｔの
座標が（Ｘ３．Ｙ３）であるとすると、演算処理手段５
が次に述べる演算式の処理を行うことで進行方向の変更
制御を行う。

まず、点Ｓと点Ｐを結ぶ設定コースＬ１は次式％式％）同様に、点Ｐと点Ｔを結ぶ設定コースＬ２は次式（１１
）で表される。

そして、点Ｓから設定コースＬｌ上を走行し、点Ｐから
一定距離Ｒ内に入ったときに、設定コースト２上へと進
路を変更するための操舵制御を行う。

即ち、点Ｐから一定距離Ｒに入る以前で、設定コースＬ
ｌ上を走行しているときの位置誤差りと方位誤差Δθは
、但し、上記式（１３）において、Ａｌ＝　　Ｙ２−ＹＩ２−ＸｉＢ１−１、（：ｌ−Ｙｌ−ＹＩ２−Ｘｉ・Ｘ　１−　Ｙ　Ｊ− であり、φは車両の現在の方位、（ｘ、　ｙ）は現在の
座標である。

そして、上記式（１２）と（１３）を上記式（４）へ代
入することによって、舵角αを求めて車両の進路を制御
する。

更に、車両が点Ｐから距離Ｒの範囲内に入ったとき、即
ち、Ｒ−Ｘ−Ｘ２　　　＋　（Ｙ−Ｙ２　　’≧０の関係が
成り立つと、設定コースをＬ］からＢ２へ変更させる制
御を行う。

この位置での方位誤差Δθと位置誤差りは、Δθ＝φ−
ｔａｎ−Ｉ　Ｙ３−Ｙ２　　　・・・（１４）３−Ｘ２但し、上記式（１５）において、Ａ　２　＝＝　　Ｙ　３　　Ｙ　２　　　　Ｂ　２　＝
＝　１、３−Ｘ２Ｃ２−Ｙ３−Ｙ２　・Ｘ２−Ｙ２３−Ｘ２であり、φは車両の現在の方位、（ｘ、　ｙ）は現在の
座標である。

そして、上記式（１４）と（１５）を上記式（４）へ代
入することによって、舵角αを求めて車両の進路を制御
する。

このように、本発明の舵角制御方法に従って、車両の進
行方向の変更も可能となる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、目標とする設定
コースと実際の車両の位置及び方位との位置偏差及び方
位偏差を求め、それらの位置偏差及び方位偏差の線形結
合を舵角として、車両の舵角制御を行うこととしたので
、制御が極めて簡素となり、更に高精度で完全な自動制
御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による舵角制御装置の一実施例の構成を
示す実施例構成説明図、第２図は実施例の作動を説明するための説明図、第３図
は本発明の詳細な説明するための説明図、第４図及び第
５図は実施例の作動のシミュレーション結果を示す説明
図、第６図は本発明による操舵制御に従って車両の進行方向
を変更させる場合の説明図である。図中の符号：１；自動操舵装置２；方位測定手段３；距離測定手段４；記憶手段５；演算手段６；車両Ｓ・第１の通過目標点Ｐ；進路変更の目標点Ｔ；第２の通過目標点

Claims

【特許請求の範囲】

（１）車両の走行方位を測定する方位測定手段と、車両
の走行距離を測定する距離測定手段と、予め設定された
設定コースのデータを記憶する記憶手段とから出力され
る出力信号を演算処理することによって、車両を設定コ
ースに追従するように制御する車両の自動操舵方法にお
いて、前記記憶手段に記憶された設定コースの方位データに対
する前記方位測定手段から出力される実測値との方位偏
差及び、前記記憶手段に記憶された設定コースの位置デ
ータに対する前記距離測定手段から出力される実測値と
の位置偏差を求め、該方位偏差と位置偏差の線形結合の
値に従って、車両の舵角を制御することを特徴とする車
両の自動操舵方法。
（２）車両を予め設定された設定コースに追従するよう
に制御する車両の自動操舵装置において、車両の走行方
位を測定する方位測定手段と、車両の走行距離を測定す
る距離測定手段と、予め設定された設定コースのデータ
を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された設定コースの方位データに対す
る前記方位測定手段から出力される実測値との方位偏差
及び、前記記憶手段に記憶された設定コースの位置デー
タに対する前記距離測定手段から出力される実測値との
位置偏差を求め、該方位偏差と位置偏差の線形結合の値
に従って、車両の舵角を制御する演算手段を備えること
を特徴とする車両の自動操舵装置。