JPS6326891B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、相前後して走行する２台の車両の
車間距離をほぼ一定値に保つよう後続車両を加減
速制御する車両の走行制御方式に関する。

車両を無人運行し、ステーシヨンからステーシ
ヨンに人間または貨物を輸送するシステムが開発
されつつある。システムの輸送効率を高めるため
には、多数台の車両をそれらの相互間隔をできる
だけ小さくして同時に走行させることが好まし
い。しかし、車両間隔を小さくし同時運行車両台
数を多くした場合、もしこれらすべての車両をセ
ンタで集中的に制御するとすれば、膨大な量のデ
ータを短い時間で処理しなければならず制御処理
装置が巨大となつて設備費や維持費が高くなると
いう問題がある。そこで、多数台の車両を物理的
に連結せずに一編成として走行させ、各編成の先
頭車両だけをセンタで走行制御し、後続の車両に
ついては先行車両との間隔をほぼ一定に保持する
ように各車両単独の走行速度制御を行ない、セン
タにおける制御装置の負担を軽減させることが考
えられている。

このような走行制御システムにおいては、車間
距離を正確にかつ連続的に測定することが必要と
なる。車両間隔を正確にかつ連続的に測定する方
式としてシングアラウンド方式がある。シングア
ラウンド方式というのは、相前後する２台の車両
間において超音波の送受を絶え間なく繰返し、超
音波の送波から受波までの時間にもとづいて車間
距離を測定するものである。

このような超音波を用いた車間距離測定方式を
採用した場合には、超音波のゆらぎ、または車間
距離が大きくなつて超音波が減衰することによ
り、超音波が受波されないということが起りう
る。超音波が長い間受波されないと車間距離測定
データが得られないか、または得られたとしても
車間距離が大きいという誤つた車間距離測定結果
となる。上記の速度制御システムは車間距離をほ
ぼ一定に保つように動作するので、車間距離測定
データが得られないと後続車両の走行制御が不可
能になつたり、車間距離が大きいという測定結果
が得られた場合には車間距離をせばめるような速
度制御が行なわれ、先行車両と後続車両とが衝突
してしまうという危険がある。

この発明は、２台の車両間で送受される超音波
が受波されない場合にも車両の衝突事故等を未然
に回避することのできる車両の走行制御方式を提
供することを目的とする。

以下、図面を参照してこの発明の実施例につい
て詳述する。

第１図は、輸送システムにおいて多数台の車両
を物理的に連結せずに一編成として走行させ、各
編成の先頭車両をセンタで走行制御し、後続の車
両については先行車両との間隔を一定に維持しな
がら各車両単独の走行制御を行なう場合を示して
いる。一編成の車両のうち先頭の車両６１ｈに
は、センタ（図示略）からの指令信号を受信し、
走行速度および位置などの所要のデータをセンタ
に送信する通信装置６２、ならびにセンタからの
指令にもとづいて先頭車両の走行制御を行なう車
両制御装置６３が塔載されている。また、先頭車
両６１ｈ以外の他のすべての車両６１，６１ｅに
は、先行する車両との車間距離を一定に維持する
ようその車両の走行を制御する加減速制御装置６
５が塔載されている。そして、すべての車両６１
ｈ，６１，６１ｅには、相前後する車両ごとに対
をなす車間距離測定回路６４ａ，６４ｂが設けら
れている。先頭および最後尾の車両６１ｈ，６１
ｅには、一方の車間距離測定回路６４ａまたは６
４ｂは必ずしも必要ではない。

車間距離測定回路６４ａ，６４ｂは、超音波を
用いて相前後する車両の車間距離を測定するもの
であつて、第２図に示すように、超音波送受信回
路６６，７０と車間距離演算回路６７，７１とか
らそれぞれ構成されてる。送受信回路６６，７０
は、相対する車両６１ｂ，６１ａに向けて超音波
を送波する送波器６８，７３、および相対する車
両６１ｂ，６１ａから送られた超音波を受波する
受波器６９，７２をそれぞれ備えている。また、
測定回路６４ｂには車間距離表示装置８１が設け
られている。これらの測定回路６４ａ，６４ｂが
対をなして車間距離測定装置を構成している。

一方の車両たとえば後続する車両６１ａの送波
器６８から周波数ｆ１（たとえば25KHz）の超音
波を先行車両６１ｂに向けて送波する。この超音
波が先行車両６１ｂの受波器７２によつて受波さ
れると、送受信回路７０はただちに周波数ｆ２
（たとえば20KHz）の超音波を後続車両６１ａに
向けて送波器７３から送波する。この周波数ｆ２
の超音波が後続車両６１ａの受波器６９によつて
受波されると、同様に送受信回路６６はただちに
周波数ｆ１の超音波を送波する。このようにし
て、周波数ｆ１，ｆ２の超音波が両車両６１ａ，
６１ｂ間を絶えず往復する。

異なる周波数ｆ１，ｆ２の超音波が用いられて
いるのは、相互干渉を防ぐためである。

送受信回路６６，７０による超音波受波から送
波までの時間遅れを無視すれば、これらの送受信
回路６６，７０による超音波の送波周期TSは、
超音波が両車両６１ａ，６１ｂ間を往復するのに
要する時間に等しい。したがつて先行車両６１ｂ
と後続車両６１ａとの車間距離Ｌは、送波周期
TSを用いて、 Ｌ＝TS／２・Ｗ ……(1) で表わされる。ここでＷは音速である。演算回路
６７，７１は、送波周期TSを計時し、上式にも
とづいて車間距離Ｌを算出する。両車両６１ａ，
６１ｂまたはいずれか一方の車両が停止している
場合であつても、両車両６１ａ，６１ｂが走行し
ている場合であつても、上記測定装置による車間
距離の測定は正確に行なわれる。

なお、測定回路６４ａの受波器６９によつて超
音波を受波したときただちに送波器６８から超音
波を送波せずに、送受信回路６６による超音波送
波を一定周期で行なうようにしてもよい。また、
測定回路６４ｂには必ずしも演算回路７１を設け
る必要はない。前の車両に向けて送信した超音波
の反射波を受信することによつて距離を測定する
ようにしてもよい。

さらに第２図において、加減速制御測置６５は
中央処理装置（以下CPUという）７４を含んで
いる。このCPU７４には入力装置として、車間
距離測定回路６４ａおよび車両の走行速度を測定
する車両速度検出器７５がインターフエイス７８
を介して接続され、また出力装置として加減速駆
動装置８０、車両速度表示装置８２、車間距離表
示装置８３および加減速表示装置８４がインター
フエース７９を介して接続されている。CPU７
４は、車間距離測定回路６４ａおよび車両速度検
出器７５からの入力信号にもとづいて後に詳述す
る処理を実行し、加速信号、減速信号、中立信号
または緊急停止信号、および走行駆動モータ制御
用の制御電圧信号を出力する。加減速駆動装置８
０はこれらの加、減速信号、中立信号、緊急停止
信号および制御電圧信号を受けて走行駆動モータ
（図示略）を駆動するものである。またCPU７４
は、実行プログラムを格納したROM７６、およ
び各種データ用のRAM７７を備えている。この
実施例では、加速信号、減速信号、中立信号によ
つて加速か減速か速度維持かを決めているが、４
本の線を１本にして制御電圧を正負零に分けて出
力することにより加速か減速か速度維持かを決め
てもよい。

さて、先行車両と後続車両が所定の車間距離
LOを維持して走行し、相互に衝突しないための
条件は次式で表わされる。

〔V2〕＝V1＋Ｋ・LD＝V2＋VD＋Ｋ・LD ……(2) VD＝V1−V2 ……(3) LD＝Ｌ−LO ……(4) ここで 〔V2〕；後続車両の目標速度 V1；先行車両の速度 V2；後続車両の速度 Ｌ；実際の車間距離 LO；維持すべき車間距離（たとえば２〜５ｍ） Ｋ；定数 第(2)(3)および(4)式から、後続車両の目標速度
〔V2〕は、後続車両の速度（V2）と相対速度
（VD）と相対車間距離（LD）とによつて決定さ
れることがわかる。ここで先行車両の速度（V1）
が一定（V1＝V2）であると仮定すれば相対速度
（VD）を考慮する必要はなくなる。この実施例
では、後続車両の加減速制御を相対車間距離
（LD）にもとづいて行なう。

ところで、車両の加減速度（α）は車両に働く
けん引力(F)と走行抵抗（Ｒ）とに関係し、けん引
力(F)は走行駆動モータの回転トルク（Ｔ）に依存
する。車両の慣性重量を（Ｍ）とすれば加減速度
（α）は次式で表わされる。

α＝Ｆ−Ｒ／Ｍ＝ａ・Ｔ−Ｒ／Ｍ ……(5) したがつて、トルク（Ｔ）は、 Ｔ＝ｂ・α＋cR ……(6) となる。ここで(a)(b)(c)は定数である。

以上の事項を前提としてこの実施例では、後続
車両の駆動モータのトルク（Ｔ）を相対車間距離
（LD）にもとずいて制御し、トルク（Ｔ）を第３
図のグラフに示すように近似的に直線と仮定す
る。第３図はトルク（Ｔ）と相対車間距離（LD）
との関係を近似的に示している。第３図におい
て、相対車間距離（LD）がL₄＞LD≧Ｏにおいて
は、加速トルク（Ta）は相対車間距離（LD）の
増大にともなつて直線的に増大し、LD≧L4にお
いては加速トルク（Ta）は一定値（T160）に保
たれる。また、Ｏ＞LD≧−L6においては減速ト
ルク（Td）は、相対車間距離（LD）の減少（負
の方向へ増大）にともなつて負の方向へ増大し、
−L6＞LDとなると急停止のために減速トルク
（Td）は急激に増大し−T300となる。LD＝Ｏに
おいてトルク（Ｔ）がＯでないのは走行抵抗に打
勝つためである。

なお、相対車間距離、トルクおよび後述する加
減速電圧の各値は記号Ｌ，ＴおよびVa，Vdに添
数字を付して表わし、添数字の大きいものほど値
が大きいものとする。

後述する加減速処理において、第３図を用いて
相対車間距離（LD）からトルク（Ｔ）を算出す
る処理を簡便にするために、第５図に示すよう
に、RAM７７内にあらかじめ相対車間距離
（LD）−トルク（Ｔ）テーブルが設けられている。
このテーブルにおいて、相対車間距離（LD）は
所定範囲ごとに区切られ、これらの各範囲内の相
対車間距離（LD）に対してそれぞれ１つトルク
（Ｔ）が対応している。なお、テーブルの代わり
に、第３図に示す直線の式を用いて、直接演算す
ることによりトルク（Ｔ）を求めてもよいことは
いうまでもない。

第４図は車両の走行駆動モータの特性の一例を
示している。横軸は車両の速度（Km／Ｈ）であ
り、縦軸は発生する加速トルク（Ta）および減
速トルク（Td）である。加減速駆動装置８０は
制御電圧および加、減速信号にもとづいて駆動モ
ータを制御するものであり、第４図にはいくつか
の代表的な制御電圧（加速電圧（Va）、減速電圧
（Va））についての特性が示されている。このグ
ラフからも明らかなように、制御電圧が一定であ
つても速度に応じて発生トルクが変化しており、
この変化はとくに減速トルクにおいて著しい。そ
こで、適当な速度範囲（加速においては０〜35お
よび35〜45Km／Ｈ、減速においては０〜15、15〜
25、25〜35および35〜45Km／Ｈ）ごとに、加、減
速トルク（Ta）（Td）を得るのに必要な加、減
速電圧（Va）（Vd）の算出テーブルを作成し
RAM７７の適当なエリヤに格納しておく。加速
トルク（Ta）−加速電圧（Va）テーブルは第６
図に、減速トルク（Td）−減速電圧（Va）テー
ブルは第７図にそれぞれ示されている。これらの
テーブルにおいて、加、減速トルク（Ta）（Td）
は所定範囲ごとに区切られ、これらの範囲内の各
トルクに対してそれぞれ１つの加、減速電圧
（Va）（Vd）が対応している。

さらにRAM７７には第８図に示すように、車
両速度検出器７５の出力にもとづいて算出した車
両速度を記憶するエリヤ（M1）、車間距離測定回
路６４ａの出力にもとづいて算出した車間距離の
今回と前回のデータを記憶するエリヤ（M2）が
設けられている。

第９図を参照して車両速度の演算処理は次の手
順により行なわれる。速度検出器７５は車両の回
転部分に取付けられた回転トランスデユーサより
なり、車両速度に比例した周波数の一連のパルス
列を出力する。CPU７４はこのパルスを一定時
間計数して、この計数値にもとづいて車両速度を
算出する（ステツプ(1)）。そしてこの算出した車
両速度をRAM７７の記憶エリヤ（M1）に記憶
し（ステツプ(2)）、速度表示装置８２に表示する
（ステツプ(3)）。ステツプ(1)の算出処理において、
２回または４回などの平均値を算出するようにし
てもよい。

車間距離(L)の演算処理は、第１０図を参照し
て、演算回路６７によつて第(1)式にもとづいて車
間距離を算出し、これに送受信回路６６，７０な
どの時間遅れの時間を加算してこの補正結果を車
間距離(L)とし（ステツプ(11)）、ステツプ(12)に進み
データ欠損がどうかをみる（ステツプ(12)）。この
場合のデータ欠損とは、超音波送波後一定時間以
上経過しても超音波が受波されない場合をいう。
超音波は空気による吸収、散乱などにより減衰す
るから、超音波の到達範囲には限界がある。超音
波送波後、この限界距離に相当する時間以上の
間、超音波が受波されない場合および受波されて
も上記時間以上経過している場合にはデータ欠損
とする。データ欠損でない場合にはステツプ
（13）に進んで、エリヤ（M2）から前回の車間距
離データを読取り、ステツプ(11)で算出した今回の
車間距離データとの差を算出する。そして、この
差が所定値よりも小さいかどうかもみる（ステツ
プ（14））。相前後する２台の車両の速度は連続的
に変化するから前回と今回の車間距離データの差
はそれほど大きな値ではない筈である。したがつ
て、上記の差が所定値以上の場合には車間距離測
置に誤りがあつたとしてデータ欠損とする。デー
タ欠損でなければ、今回の車間距離記憶エリヤの
データを前回の車間距離記憶エリヤに転送しかつ
ステツツプ(11)で算出したデータを今回車間距離記
憶エリヤに記憶し（ステツプ（15））、車間距離表
示装置８３に表示して（ステツプ（16））、処理を
終える。ステツプ(12)（14）でデータ欠損の場合に
は車両の暴走を未然に防止するために減速信号お
よび緊急停止信号を出力する（ステツプ（17））。
ステツプ11の車間距離算出処理においても複数回
の平均値を算出するようにしてもよい。

加減速制御処理は、サンプリング時間（たとえ
ば0.1秒）ごとに第１１図に示す手順にしたがつ
て実行される。まずエリヤ（M2）から今回の車
間距離(L)を読出して（ステツプ（21））、この車間
距離(L)およびあらかじめ所定のエリヤ（図示せ
ず）に記憶した目標車間距離（LO）を用いて相
対車間距離（LD）を算出する（ステツプ（22））。
そして、LD−Ｔテープル（第５図）を参照して
トルク（Ｔ）を求め（ステツプ（23））、エリヤ
（M1）から車両速度を読出しておいて（ステツプ
（24））、トルク（Ｔ）の比較処理に移る。ステツ
プ（23）で求めたトルク（Ｔ）が正であれば加速
トルク（Ta）であり、負であれば減速トルク
（Tb）である。

まずトルク（Ｔ）がT20を超えているかどうか
をみて（ステツプ（25））、超えていれば加速する
必要があつてステツプ（28）に移る。トルク
（Ｔ）がT20以下であればステツプ（26）に進ん
でトルク（Ｔ）が−T1を超えているかどうかを
みる。トルク（Ｔ）が−T1を超えかつT20以下
であればステツプ（34）に移り、−T1以下であれ
ばステツプ（27）に進む。ステツプ（27）ではさ
らにトルク（Ｔ）が−T130を超えた値であるか
どうかを判断して、トルク（Ｔ）が−T130以下
であればステツプ（45）に移り、−T130を超えか
つ−T1以下であればステツプ（36）に移る。

ステツプ（28）では、ステツプ（24）で読出し
た車両速度を用いて車両速度が45Km／Ｈ以上であ
るかどうかをみて、45Km／Ｈ未満の場合にはステ
ツプ（29）に進んで加速処理を実行する。まず加
減信号を出力して（ステツプ（29））、再び車両加
度について判断する（ステツプ（30））。車両速度
が35Km／Ｈ未満であれば大きなトルク（Ta）に
対して大きな電圧（Va）を対応させたTa−Va
テーブル１（第６ａ図）を参照して加速のための
トルク（Ｔ）すなわち加速トルク（Ta）から加
速電圧（Va）を求め（ステツプ（31））、35Km／
Ｈ以上であればTa−Vaテーブル２（第６ｂ図）
を参照して加速電圧（Va）を求める（ステツプ
（32）。２つのTa−Vaテーブルを用いる理由は、
第４図に示すように速い速度のときは同じ電圧
（Va）を加えても低いトルクしか得られないこと
にある。次に求めた加速電圧（Va）を制御電圧
として出力して（ステツプ（33））処理を終える。

車両速度が45Km／Ｈを越えている場合にはたと
えばトルク（Ｔ）がT20を超えているとしてもこ
れ以上加速する必要はないとして（車両の目標速
度を40Km／Ｈと仮定する）、中立処理に移る。ス
テツプ（26）でトルク（Ｔ）が−T1を超えかつ
T20以下の場合にも中立処理となる。これらの場
合には、まず中立信号を出力し（ステツプ
（34））、制御電圧を０とする（ステツプ（35））。

トルク（Ｔ）が−T130を超えかつ−T1以下の
場合には減速処理であつて、まず減速信号を出力
し（ステツプ（36））、車両速度の判定に移る（ス
テツプ（37）〜（39））。車両速度が15Km／Ｈ未満
の場合にはTd−Vdテーブル１（第７ａ図）を参
照し（ステツプ（40））、15Km／Ｈ以上25Km／Ｈ未
満の場合にはTd−Vdテーブル２（第７ｂ図）を
参照し（ステツプ（41）、25Km／Ｈ以上35Km／Ｈ
未満の場合にはTd−Vdテーブル３（第７ｃ図）
を参照し（ステツプ（42））、35Km／Ｈ以上の場合
にはTd−Vdテーブル４（第７ｄ図）を参照して
（ステツプ（43））それぞれ減速のためのトルク
（Ｔ）すなわち減速トルク（Ta）から減速電圧
（Vd）を求め、この減速電圧（Vd）を出力して
（ステツプ（44））、処理を終える。

トルク（Ｔ）が−T130以下の場合には減速お
よび緊急停止信号を出力する（ステツプ（45））。

以上のように、この発明では、相前後する少な
くとも２台の車両のそれぞれに搭載されかつ超音
波送受波器を含む超音波送受信装置、および少な
くとも１台の車両に搭載された車両距離測定回路
を備え、少なくとも一方の車両の超音波送受信装
置は他方の車両から送波された超音波を受波した
ときただちに上記他方の車両に向けて超音波を送
波するものであり、上記車間距離測定回路により
超音波が上記両車両間を往復する時間にもとづい
て相前後する２台の車両の車間距離を測定し、こ
の測定された車間距離が車両の走行制御のための
基礎データとして用いられる車両の走行制御方式
において、上記超音波送受信装置による超音波の
送波後、一定時間以内に超音波が受波されないと
き、および上記車間距離測定回路から車間距離測
定データが得られた場合に前回の車間距離測定デ
ータと今回の車間距離測定データとの差が、上記
車間距離測定回路による車間距離測定時間間隔の
間に２台の車両間に生じる車間距離の許容変化量
に相当する所与の値を越えたとき、データ欠損と
して車両を減速させる出力を発生する制御装置を
備えたことを特徴とする。超音波の空気による吸
収、散乱などにもとづく減衰のために相前後する
車両間で超音波の送受が正常に行なわれない場合
には、車両が減速するから、車両の暴走、車両の
衝突事故などを未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は輸送システムの構成図、第２図は車両
距離維持装置の構成図、第３図はトルクと相対車
間距離の関係を示すグラフ、第４図は走行駆動モ
ータの特性を示すグラフ、第５図はRAM内に格
納されているLD−Ｔテーブルを示す図、第６図
はRAM内格納されているTa−Vaテーブルを示
す図、第７図はRAM内に格納されているTd−
Vdテーブルを示す図、第８図はRAM内のデータ
記憶エリヤを示す図、第９図は車両速度演算処理
の手順を示すフロー・チヤート、第１０図は車間
距離演算処理の手順を示すフロー・チヤート、第
１１図は加減速制御の手順を示すフロー・チヤー
トである。 ６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｈ，６１ｅ……車
両、６４ａ，６４ｂ……車間距離測定回路、６
６，７０……超音波送受信回路、６７，７１……
車間距離演算回路、６８，７３……送波器、６
９，７２……受波器、７４……CPU、８０……
加減速駆動装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相前後する少なくとも２台の車両のそれぞれ
   に搭載されかつ超音波送受波器を含む超音波送受
   信装置、および少なくとも１台の車両に搭載され
   た車間距離測定回路を備え、少なくとも一方の車
   両の超音波送受信装置は他方の車両から送波され
   た超音波を受波したときただちに上記他方の車両
   に向けて超音波を送波するものであり、上記車間
   距離測定回路により超音波が上記両車両間を往復
   する時間にもとづいて相前後する２台の車両の車
   間距離を測定し、この測定された車間距離が車両
   の走行制御のための基礎データとして用いられる
   車両の走行制御方式において、 上記超音波送受信装置による超音波の送波後、
   一定時間以内に超音波が受波されないとき、およ
   び上記車間距離測定回路から車間距離測定データ
   が得られた場合に前回の車間距離測定データと今
   回の車間距離測定データとの差が、上記車間距離
   測定回路による車間距離測定時間間隔の間に２台
   の車両間に生じる車間距離の許容変化量に相当す
   る所与の値を越えたとき、データ欠損として車両
   を減速させる出力を発生する制御装置を備えたこ
   とを特徴とする車両の走行制御方式。