JPS60122409A - 車両の自動運転制御方式 - Google Patents

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】 この発明は、ガイドレス（ここにガイドレスとは電磁誘
導方式、光学誘導方式、及び視覚誘導方式等を使用して
いないものをいう）で自動運転が可能な車両の自動運転
制御方式に関する。

従来、車両を自動運転させる方法としては、走行コース
に沿ってガイドワイヤ、案内レール、光学的反射テープ
等を敷設しておき、これらを検出しながら進行させる方
法、あるいは電波、光、超音波等を用いて車両の運行平
面内における絶対位置を検出し、この検出位置情報と走
行コースとの位置偏差に基づき車両を進行させる方法が
ある。

しかしながら、ガイドワイヤ、案内レール、光学的反射
テープ等を特別に設けることは、コスト高となるし、電
波、光、超音波等の伝搬波を使用する場合には、環境に
より伝搬障害が生じ、検出精度を低下させるおそれがあ
った。

また、他の従来の自動運転制御方法としては。

走行コース上に複数の位置を設定し、これらの各位置毎
に位置と姿勢角の変化分をメモリに記憶しておき、走行
時は、前記各位置を目標位置とし。

との目標位置を走行コースに清って逐次移動させ。

また、目標位置を仮想ｘ−ｙ平面上の原点とし。

ｙ軸を各点における接線方向と一致さぜ、ｙ軸とのなす
角を姿勢角とし、そして走行車両の現在位置及び姿勢角
との偏差を逐次求め、この偏差に応じた車速及び操舵角
を算出して車両を走行させ。

姿勢角を零とするようにしながら目標位置を追尾させる
ようにした方法がある。しかしこの方法は。

仮想ｘ−ｙ平面が変化（目標位置がひとつ先へ移動）し
たとき、新たな仮想ｘ　−ｙ平面上の車体位置と方向を
表わす量をめるための座標変換を行なわなければならな
いが、記憶しているデータが実Ｘ−Ｙ平面における仮恕
ｘ−ｙ平面の原点位置とｙ軸の方向の変化分であるだめ
、座標変換の計算が複雑となる。壕だ正確な走行をなす
ために。

多くの目標位置をとる必要があり、目標位置と姿勢角を
設定するのに手間を要するし、メモリ容量を多く要する
という欠点があった。

この発明の目的は、上記従来方法の欠截を解消し、ガイ
ドレスであシ、比較的低コストで実現でき、しかも制御
が簡単であシ、メモリ容量を多く必要としない車両の自
動運転方式を提供するととである。

上記目的を達成するために、この発明の車両の自動運転
制御方式は走行コースを直線要素と円弧要素からなるよ
うに構成し、各コース要素毎に基準となる基準座標軸を
想定し、別に路面に固定的に定められる路面固定座標軸
を想定し、この路面固定座標軸に対して前記基準座標軸
を特定するデータ及び車速指令、連速指令の指令位置を
前記各基準座標軸毎に、記憶手段に記憶しておき、走行
中は回転数検出手段と操舵角検出手段で検出される回転
数及び操舵角より、移動体の横変位と姿勢角を検出し、
この横変位、姿勢角が零となるように、操舵制御すると
ともに、車体が車速指令位置に達すると、その位置に対
応する車速指令値を出力するようにしている。

以下、実施例によりこの発明をさらに詳細に説明する。

以下に説明する実施例では、予じめ想定する走行コース
に沿って車体が走行するように、車体自身が、想定する
走行コースに対する自己の位置偏差（横変位）と方向偏
差（姿勢角）を算出して。

この横変位と姿勢角が零となるように操舵出力するとと
もに、走行コースの所定位置に達すると。

車速指令値を出力し、走行操舵制御を行なう。

予じめ、想定される走行コースは、直線要素と円弧要素
の組合せで構成する。そして各要素ｍ上に、基準となる
座標軸（基準座標軸という）ｘｍ−ｙ　ｍを想定する。

この基準座標軸は、コース要素が直線の場合にはＸ軸を
コース要素に一致させ。

コース要素が円弧の場合にはｙ軸が円弧の中心を通り、
Ｘ軸が円弧と接するようにする。また各コース要素に固
定した基準座標軸とは別に、路面に固定した座標軸（路
面固定座標軸という）ｘ−ｙを想定する。

これら基準座標軸、路面固定座標軸を走行コース例Ｍに
ついて図示すると第１図の通りとなる。

図において、走行コースＭは直線要素ｒｒ＋１．円弧要
素ｍ２．直線要素ｍ３からなり、これらコース要素ｍ１
．ｍ２．ｍ３の基準座標軸は２図示のようにｘｌ−ｙｌ
＋　ｘ２−ｙ２．ｘ、３−ｙ３となる。

上記基準座標軸に関するデータを走行コースデータとし
て、予じめ車上制御装置のメモリに記憶しておく。

記憶するデータとしては ■路面固定座標軸に対する各基準座標軸の位置（Ｘｍ　
、　Ｙｍ　）と回転角Φｍ。

■コース要素ｍが直線か円弧かの区別。

■コース要素ｍの終了点（′□、ｉ）。

■円弧要素の中心座標（０，ｙ′ｍ）。

■車速指令位置およびその指令値 ただしｍ＝Ｌ、２，５．・・・・・・ 次に、運転走行中は、基準座標軸に対する車体の位置及
び方向の計算を行なう。

この車体の位置及び方向の計算は、車上制御装置で微小
単位時間毎にサイクリックに行なう。すなわち微小単位
時間には、車体の旋回中心位置が変化しないものとし、
車体の位置および方向の変化量を幾何的にめ、順次加算
していくことにより、現時点における基準座標軸に対す
る車体の位置及び方向を計算する。

今、車体が第２図に示すように、固定輪Ｗ２１゜ｗ２２
と操舵輪Ｗ１１．Ｗ１２を有する４輪車であり、固定輪
ｗ２１と操舵輪ｗ１２　が従動輪であり、固定輪ｗ２２
と操舵輪ｗ１２が駆動輪である場合に１次のいずれかの
方法により、車体の位置及び方向を計算する。

■従動輪２輪（Ｗ１２．Ｗ２１の回転数と操舵角の検出
値より計算する。

■固定輪２輪（ｗ２１．ｗ２２）の回転数より計算する
。

ここでは上記０式の方法について詳しく説明する。

なお計算にあたっては第ろ図に示すように、車体の旋回
中心位置は、操舵側の駆動輪Ｗ１１の軸線と、固定輪ｗ
２１　、　ｗ２２の軸線の交点Ｐであるし。

車体の位置をあられす点（車体代表点）を固定輪ｗ２１
　、　ｗ２２の軸線と、車体中心線の交点Ｂとして計算
する。

（ｘｉ−ｉ　、　ｙ　ｉ−１）　：微小単位時間経過前
の車体位置 （ｘｉ、　ｙｉ）　：微小眼位時間経過後の車体位置０
１−１：微小単位時間経過前の車体方向θＩ　：微小単
位時間経過後の車体方向△ｘｉ、△ｙ１−微小単位時間
における車体位置の変化量・ △θＩ　：微小単位時間における車体方向の変化量 ψＩ　；微小単位時間における操舵角（ポテンショメー
タ検出値） Ｗ　−車体のルッド、Ｌ；車体のホ イールベーヌ、　Ｃ：車輪オフセット量。

ｒ：車輪有効半径。

△＃ｉ：微小単位時間における車体の移動距離 Ｐ　：車輪回転数検出用エンコーダ１回転当りのパルス
数 Ｐ１２ｉ、Ｐ２１ｉ　：車輪Ｗ１２．Ｖ１２１の微小単
位時間におけるエンコーダの回転 パルス数 とすると。

微小単位時間経過後の車体位置（ｘｉ、　ｙｉ）及び車
体方向は次式より算出できる。

上記（１）式よシ各微小単位時間経過毎の車体の位置及
び方向が計算できるが、走行の進行にともない、コース
要素が変化すると、基準座標軸も変化するので、コース
要素の変更点で上記（１）式により算出した車体の位置
および方向を新たな基準座標（９）　」 軸上に変換する必要がある。

次に、その座標変換方法について説明する。

この実施例では、基準座標軸Ｘｍ−Ｘｍ−１−ｙから。

ｘｍ−ｙｍに座標変換を行なうのに、直接基準座標軸Ｘ
　ｍ−１，、−Ｙ　ｍ−１からｘ　ｍ　−ｙ　ｍに変換
するのではなく、基準座標軸ｘ　ｍ　−１−ｙ　ｍ−１
から路面固定座標Ｘ−Ｙへ座標変換した後、基準座標＠
　ｘ　ｍ　−ｙ　ｍに座標変換するようにしている。こ
のようにすると。

座標変換のためにメモリに記憶しておくデータが路面固
定座標軸Ｘ−Ｙに対する基準座標軸原点の位置（ｘｍ−
ｘ、ｙｍ−ｔ）、（ｘｍ、ｙｍ）と回転角Φｍ−１゜Φ
ｍであるため、基準座標軸ｘ　ｍ　−ｉ　”−ｙ　ｍ−
ｉから直接ｘｍ−ｙｍへ変換する場合に必要となるＸｍ
−］、−ｙｍ−１に対するｘ　ｍ　−ｙ　ｍの原点の位
置と回転角に比べてデータの作成が容易なためである。

ニア　（１ｏ） （ｘ、ｙ）　：座標変換時の路面固定座標軸Ｘ−Ｙに対
する車体位置。

β　：座標変換時の路面固定軸Ｘ−Ｙ に対する車体の方向 とすると。

次式により、車体の位置及び方向を、先ず基準座標軸ｘ
　ｍ　−１−ｙｍ−１から、路面固定座標軸Ｘ−Ｙに変
換する。

次に１次式より路面固定座標軸ｘ−ｙがら基準座標軸ｘ
ｍ−・ｙｍｌへ変換する。

なお、上記座標変換を行なうタイミングすなわち、コー
ス要素がｍ−１からｍへ変化し、基準座標軸ｘｍ−１−
ｙｍ−１からｘｍ−ｙｍ　へ座標変換を行なう場合の条
件は、以下のようにして決められる。

■コース要素ｍ−１が直線の場合。

記憶しているコース要素ｍ−１の終了点の基準座標軸に
対する位置マ；了と車体位置ｘｍ−１を比較し。

ｘ　ｍ−１≧蔀イ　・・・（４） となれば、新たな基準座標軸ｘｍ−ｙｍ　へ座標変換す
る。

■コース要素ｍ−１が円弧の場合。

記憶しているコース要素ｍ−１の終了点と円弧中心の基
準座標軸Ｘｍ−Ｘｍ−１−ｙに対する位置（ｘｍ−１゜
３’ｍ−１）＋　ｙｍ−１と車体位置（ｘ　ｍ−１，ｙ
ｍ−１）より。

を満足すれば、基準座標軸ｘｍ−ｙｍに座標変換する。

以上のようにして、各微小単位時間毎に、基準座標軸に
対する車体位置及び方向が算出されると。

この車体位置及び方向に基づいて、走行コースに対する
車体の位置偏差（横変位）と方向偏差（姿勢角）が算出
可能となる。

次に、その走行コースに対する車体の横変位４と姿勢角
ψの算出方法について説明する。

■コース要素が直線の場合 コース要素ｍが第４図に示すように、直線であシ、車体
の代表点Ｂが基準座標軸Ｘ−ｙに対しくｘ、ｙ）に位置
し、方向角θであると。

横変位ｌ及び姿勢角ψは よりめることができる。

■コース要素が円弧の場合 コース要素ｍが第５図に示すように円弧であり。

車体の代表点Ｂが基準座標軸ｘ−ｙに対しく　Ｘ、　ｙ
）に位置し１円弧の中心点（０，Ｙ’）と、車体の代表
へＢを結ぶ線上でコース要素と交叉する点の接線と（１
３）　ｒａ。

Ｘ軸とのなす角をβ、車体の方向角をθとすると。

横変位及び姿勢角ψは よ請求めることができる。

さて、予じめ定めた走行コースＭ上を理想的に自動運転
するには、走行中、横変位ｌ及び姿勢角ψを０にもって
いく必要がある。そこで第６図の制御ブロック図に示す
ように、（７）式で計算された横変位ｌと姿勢角ψはゲ
イン調整器でゲイン調整され、その合成量ｅ−Ｇβ・ｌ
十Ｇψ・ψがフィードバックされる。そして、目標値ｅ
＝ｏとこの合成量ｅの偏差を操舵出力とするとともに、
補償要素として操舵角ψをフィードバックして操舵出方
に加えている。操舵出力Ｅはパワーアンプに加えられ。

その出力でステアリングモータを駆動し、操舵制御を行
なう。なおコース要素が直線で、車体がコ（１４） −ス上にあれば、横変位ｌと姿勢角ψの合成量は零であ
り、操舵角ψが零で、車体は直進してコース上を進行す
るが、コース要素が円弧で車体がコース上にある場合に
は、操舵角ψが零で車体が直進するとすぐにコースから
ずれてしまうことになるので、コース要素が円弧の場合
には、その円弧の半径に応じた操舵角オフセット量ψ。

を計算し。

Ｇψ（ψ−ψ。）を操作出力にフィードバックするよう
にしている。結局、操舵出力値Ｅは次式で算出される。

Ｅ＝−ＧＱ−１−Ｇ’ｆ）・（Ｐ−Ｇψ（９’−ψｏ）
　・・（８）ただし Ｇ２：横変位フィードバックゲイン。

Ｇψ：姿勢角フィードバックゲインプ Ｇψ：操舵角フィードバックゲイン。

第７図は、この発明を実施するだめの自動運転制却シス
テムを示すブロック図である。同図において、車体上に
設けられる車上制御装置１１には。

設定部１２．演算制御部１３及びメモリ１４が備えられ
ている。

設定部１２は、走行コースの各コース要素毎のデータや
運転制御すべき車体の諸定数を予じめ入力設定するよう
になっている。メモリ１４は設定部１２より入力される
走行コーヌ、車体等の各種データの他、走行運転中の演
算値等を記憶する。

演算制御部１２は、メモリ１３に記憶される各種データ
や後述する車体より検出される操舵角。

車輪回転数を受け、所定のプログラムにしたがい各種演
算を行ない、走行コースに沿って所定の速度で車体を進
行させるだめ、操舵出力、車速出力を導出するようにな
っている。

車体１５には操舵角を検出するだめのポテンショメータ
１６と、車輪の回転数を検出するだめのエンコーダ１７
が設けられ、これらポテンショメータ１６．エンコーダ
１７よりの操舵角及び車輪回転数を示す信号は、車上制
御装置１１の演算制御部１２に取込まれるようになって
いる。

次に、この自動運転制御シヌテムの走行中の全体動作を
第８図に示すフロー図を参照して説明する。

車体を定点からスタートさせる場合には、定弘における
コース要素の番号と、定点で車体があるべき基準座標軸
上の位置および方向のデータを予じめ記憶しであるので
、車体をそれに合わせて設置してスタートさせる。任意
の位置でスタートさせる場合には、スタート点データと
してその位置の上記コース要素番号等のデータを設定部
１２のテンキー等で入力してスタートさせる。

動作ヌタート後、先ずポテンショメータ１６よシの操舵
角ψｉと、エンコーダ１７よりの車輪回転数Ｐ１２　ｉ
　、　Ｐ２１ｉを読込む（ステップ５Ｔ１）。続いて、
上記操舵角ψｉ、車輪回転数Ｐ１２ｉ、Ｐ２ｔｉ、予じ
めメモリ１３に記憶されている定数、前回演算時の車体
位置、車体方向等より上記（１）の演算を行ない、車体
の位置（ｘｉ、ｙｉ）及び方向θｉを算出する（ステッ
プＳＴ２　）。次に検出した車体位置より、上記（４）
式あるいは（５）式の演算を行ない、現在の車体位置が
コース要素の変化地点に達したが否かを判定しくステッ
プＳＴ３　）、コース要素の変化地点に達していると、
上記（２）式、（３）式の演算を（１７） 実行し座標変換を行なう（ステップｓ’ｒ４　）。

座標変換後、あるいは、ステップＳＴ３のコース要素変
化Ｎｏの判定に続き、その地点での車速指令に基づき車
速出力を行なう（ステップ５Ｔ５）。

次に、メモリ１３に記憶されている現在走行中のコース
要素データを参照し、コース要素が直線か円弧かを判定
する（ステップＳＴ６　）。判定の結果、コース要素が
直線の場合は上記（６）式により直線コースにおける車
体の横変位ｌと姿勢角ψを計算する（ステップＳＴ７　
）。またコース要素が円弧の場合は上記（７）式によシ
１円弧コースにおける車体の横変位ｌと姿勢角ψを計算
する（ステップ５Ｔ３）。続いてコース要素が円弧であ
る場合には２円弧半径に応じた操舵角オフセット量ψ。

を計算する（ステップ５Ｔ９）。そして、算出した横変
位、姿勢角の合成量を０とする操舵出力蹟を計算し、出
力する（ステップ５Ｔ１０，５Ｔ１１）。最後に運転終
了か否かを判定しくステップ５Ｔ１２）。

終了でなければスタートにリターンする。そして以後、
運転終了に至るまで、ステップＳＴ１から（１８） ステップ５Ｔ１２までの一連の処理を微小単位時間、毎
に繰返し行なう。以−トの制御を行なうことにより、車
体は、予じめ懇定した走行コース上を追尾して進行する
。

この発明によれば、ガイドＶヌで進行できることもちろ
ん、操舵制御が横変位と姿勢角のフィードバック制御な
ので、外乱に対しても走行コースの追従性は良好である
。

壕だ、直線のコース要素と円弧のコース要素の組合せで
２種々の走行コースを作ることができる。

さらにメモリに予じめ記憶しておく走行コースに関する
データは、コース要素毎のものでよいので。

演算処理が簡単となるとともに、コースを記憶させるた
めのテ゛−タ入力が簡単容易であり、まだ記憶のだめの
メモリ容量が比較的小さくてよいという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の走行コースを示す図、第
２図は車体の固定輪及び操舵輪を示す図。 第６図は車体の旋回中心を説明するだめの図、第４図は
直線のコース要素の横変位、及び姿勢角の算出を説明す
るための図、第５図は円弧のコース要素の横変位及び姿
勢角の算出を説明するだめの図、第６図は、操舵制御□
□を説明するだめの制御グロック図、第７図はこの発明
を実施するだめの自動運転制御シヌテムのブロック図、
第８図は同自動運耘制御システムの動作を説明するだめ
のフロー図である。 Ｍ：走行コース、ｍｌ、ｍ２．ｍ３：コ−ス要素、ｘｉ
−ｙｌ・ｘ２−ｙ２・ｘ３−ｙ３：基準座標軸。 Ｘ−Ｙ：路面固定座標軸、　１３：演算制御部。 １４：メモリ、１６：ポテンショメータ。 １７：エンコーダ。 特許出願人　日本輸送機株式会社 代理人　弁理士　中　村　茂　信 第１図 第２図　第３図 第４図 第５図 ン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）走行コースを直線要素と円弧要素からなるように
   構成し、各コース要素毎に基準となる基準座標軸を想定
   し、別に路面に固定的に定められる路面固定座標軸を想
   定し、この路面固定座標軸に対して、前記基準座標軸を
   特定するデータ及び車速指令、連速指令の指令位置を前
   記各基準座標軸毎に、記憶手段に記憶しておき、走行中
   は回転数検出手段と操舵角検出手段で検出される回転数
   及び操舵角より、移動体の横変位と姿勢角を検出し、こ
   の横変位、姿勢角が零となるように、操舵制御するとと
   もに、車体が車速指令位置に達すると、その位置に対応
   する車速指令値を出力するようにした車両の自動運転制
   御方式。