KR920008053B1

KR920008053B1 - Vehicle control and guidance system

Info

Publication number: KR920008053B1
Application number: KR1019860700022A
Authority: KR
Inventors: 조오지프 리이브 피이터; 필립 로빈스 마이클; 토마스 로버츠 말콤
Original assignee: 더 저너럴 일렉트릭 캄파니 피이엘씨이; 제이 디이 딜윈
Priority date: 1984-05-16
Filing date: 1984-10-19
Publication date: 1992-09-21
Also published as: GB2158965B; FR2564614A1; CH667930A5; DE3490712C2; JPS61502149A; SE457023B; IE842728L; SE8600169D0; WO1985005474A1; IE55783B1; GB8412425D0; GB2158965A; CA1230399A; FR2564614B1; KR860700161A; SE8600169L; DE3490712T1

Abstract

내용 없음.No content.

Description

[발명의 명칭][Name of invention]

차량 제어 및 유도 시스템Vehicle control and guidance systems

[도면의 간단한 설명][Brief Description of Drawings]

제1도는 차량 운행로를 나타내는 공장 바닥 지역의 도식도이다.1 is a schematic view of a factory floor area representing a vehicle driveway.

제2도는 유도 및 제어될 차량의 도식도이다.2 is a schematic diagram of a vehicle to be guided and controlled.

제3도 및 제4도는 공장 좌표축들과 관련된 공장 바닥 지역 위의 차량 위치 및 방향을 나타내는 도해도이다.3 and 4 are diagrams showing vehicle position and direction on a factory floor area relative to factory coordinate axes.

제5도 및 제6도는 차량의 운행로, 운행로내의 커브 및 차량의 자유 노선폭을 도해적으로 나타낸다.5 and 6 diagrammatically show the driving route of the vehicle, the curve in the driving route and the free route width of the vehicle.

제7도는 이 시스템의 블록도이다.7 is a block diagram of this system.

제8도는 이 시스템의 칼만 필터과정의 블록도이다.8 is a block diagram of the Kalman filtering process of this system.

제9도는 차량의 이동 및 방향 오차를 나타내는 도해도이다.9 is a diagram showing the movement and the direction error of the vehicle.

제10도는 위치 오차를 측정하기 위한 ＂공장프레임＂ 좌표들과 ＂차량프레임＂ 좌표들 사이의 변환을 나타내는 도해도이다.FIG. 10 is a diagram showing a transformation between “factory frame” coordinates and “vehicle frame” coordinates for measuring position error.

[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention

[발명의 분야][Field of Invention]

본 발명은 자신의 원동력과 조향능력을 가진 하나 혹은 그 이상의 차량을 미리정해진 지역내에서 정확하게 이동시킬 수 있게 하는 차량 제어 및 유도 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle control and guidance system that enables one or more vehicles with their motive power and steering capability to be accurately moved within a predetermined area.

[종래 기술][Prior art]

비록 차량에 탑재된 센서들과 외부의 위치 표시기들을 사용하여 특정장소들에 있는 차량의 위치를 정확하게 측정할 수 있을 지라도, 이들 특정장소들 사이에서의 차량이동을 원활하고 경제적인 방식으로 정확하게 제어하려는데 있어서는 여러 가지 곤란이 제기된다. 무인 차량은 차륜과 계합하는 고정 레일들이나, 혹은 따라갈 노선들 아래에 매설된 케이블들(혹은 유사한 금속선들)을 사용하여, 미리정해진 노선들을 따라 이동하도록 강요되는 것이 일반적이다. 그와 같은 트랙이나 케이블 서비는 값이 비싸고, 노선이 그 설비에 의해 결정되므로 영구적으로 된다.Although the on-board sensors and external position indicators can be used to accurately measure the position of the vehicle at specific locations, it aims to accurately and accurately control vehicle movement between these specific locations. Many difficulties arise. Unmanned vehicles are typically forced to move along predetermined routes, using fixed rails that engage the wheels, or cables (or similar metal lines) buried beneath the lines to follow. Such track or cable service is expensive and permanent because the route is determined by the facility.

[발명의 목적][Purpose of invention]

그러므로, 본 발명의 목적은 노선을 따라 운전사가 조정하는 듯이 차량을 이동시키는 자유 범위(free ranging)무인 차량 제어 시스템을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a free ranging unmanned vehicle control system for moving a vehicle as if the driver is adjusting it along a route.

[발명의 요약][Summary of invention]

본 발명에 따른 차량제어 및 유도 시스템은 차량을 구동시키기 위한 원동력 수단, 차량의 진로를 제어하는 조향수단, 증분적으로 차량의 위치 및 방향을 측정하는 추측항법(推測航法)수단, 하나 혹은 그 이상의 고정된 기준 표적의 차량에 대한 방위각을 연속적으로 측정하는 전자기적 방위탐색 수단, 그 기준표적 방위각 측정치에 따라 차량 위치 및 방향의 추측 항법 측정치를 정정하는 수단, 차량의 요구되는 운행로를 규정하는 수단, 및, 정정된 차량 위치 측정치와 요구되는 운행로 사이의 오차들에 따라 원동력 수단을 제어하는 수단으로 이루어지고, 이들 수단들이 차량에 설치되어 있다.The vehicle control and guidance system according to the invention comprises a motive force means for driving a vehicle, steering means for controlling the course of the vehicle, dead reckoning means for incrementally measuring the position and direction of the vehicle, one or more Electromagnetic azimuth search means for continuously measuring the azimuth angle of a fixed reference target with respect to the vehicle, means for correcting dead reckoning measurements of vehicle position and direction according to the reference target azimuth measurements, means for defining the required travel path of the vehicle And means for controlling the motive force means according to the errors between the corrected vehicle position measurement and the required driving path, and these means are installed in the vehicle.

요구되는 운행로를 규정하는 수단은 일련의 직선 구간들로 운행로를 기억하는 기억 수단과, 직선 구간들의 접속부를 원만한 곡선 과도 구간들로 전환시키는 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 국부적 운행로 조건에 따라, 각 직선구간 및 곡선구간에서의 허용 가능한 최대차량 속도 및 허용 가능한 진로 폭을 기억하는 수단이 되는 것이 바람직하다. 추측 항법 수단은 일련의 시간 혹은 거리 증분들 각각 후의 차량 위치 및 방향을, 최초의 증분에서의 차량 위치 및 방향으로부터 그리고 증분중의 차량의 전진 및 회전 이동에 따라 추정하는 수단을 포함할 수 있다.The means for defining the required travel route preferably includes storage means for storing the travel route in a series of straight sections, and means for converting the connections of the straight sections into smooth curved transitions. Depending on the local runway conditions, it is desirable to be a means for storing the maximum allowable vehicle speed and the allowable course width in each straight section and curved section. The dead reckoning means may comprise means for estimating the vehicle position and direction after each series of time or distance increments from the vehicle position and direction in the original increment and according to the forward and rotational movement of the vehicle in the increment.

이 시스템은 추정된 차량 위치와 기준 표적의 최종 측정위치를 기초로하여, 차량으로 부터의 기준표적의 방위를 예측하는 수단을 포함하는 것이 바람직하다.The system preferably includes means for predicting the orientation of the reference target from the vehicle based on the estimated vehicle position and the final measurement position of the reference target.

이 시스템은 또한, 전자기적 방위 탐색 수단에 의해 측정된 표적 방위각과 예측된 표정 방위각 사이의 방위각 오차를 제공하는 수단, 위치 좌표 및 차량 방향 각각에 대한 칼만 이득 계수(kalman gain factor)와 방위각 오차의 곱인 정정값들을 산출하는 칼만 필터 수단, 및 차량 위치 및 방향의 최적 추정치를 제공하도록, 추측항법 수단이 제공한 차량 위치 및 방향의 추정치와 상기 정정값들을 조합하는 조합 수단을 포함할 수 있다.The system also provides means for providing an azimuth error between the target azimuth and predicted facial expression azimuth measured by electromagnetic azimuth search means, the Kalman gain factor and azimuth error for each of the position coordinates and the vehicle direction. Kalman filter means for calculating the product correction values, and combination means for combining the correction values with the estimate of the vehicle position and direction provided by the dead reckoning means to provide an optimum estimate of the vehicle position and direction.

한 증분늦게 차량위치 및 방향을 추정하는 기초로 추측항법수단에 상기 최적 추정치를 부여하는 수단이 제공되는 것이 바람직하다. 증분 벡터들(increment vectors)을 규정하는 상기 구간들 위의 증분 기준점들의 좌표들을 연속적으로 발생시키는 수단이 제공될 수 있고, 그 기준점들 사이의 거리는 그 구간에서의 최대 허용 속도와 기본 시간 증분의 곱과 동일하다. 또한, 차량 위치 및 방향의 최적 추정치와 최근접 증분벡터의 위치 및 방향을 비교하고 거리 및 방향 오차 신호를 발생하는 오차 검출수단과, 그 거리 및 방향 오차 신호에 따라 조향각도 요구신호를 발생하는 수단이 제공될 수 있다. 이 오차 검출수단은 차량 위치 및 방향의 최적 추정치들의 좌표를, 국부적 증분벡터와 일치하는 하나의 좌표축을 가지며 그 국부적 증분 벡터가 향한 기준점과 일치한 원점을 가지는 기준 프레임(frame)으로 변환시키는 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 차량에 대한 속도요구 신호는 차량 위치에 앞서 발생된 기준점의 수에 따라 발생될 수 있다.It is preferable that a means for giving said optimum estimate to the dead reckoning means as a basis for estimating the vehicle position and direction one incrementally later. Means may be provided for continuously generating coordinates of incremental reference points on the intervals defining increment vectors, the distance between the reference points being the product of the maximum permissible velocity in the interval and the fundamental time increment. Is the same as In addition, error detection means for comparing the optimum estimate of the vehicle position and direction with the position and direction of the nearest incremental vector and generating a distance and direction error signal, and means for generating a steering angle request signal according to the distance and direction error signal. This may be provided. The error detecting means converts the coordinates of the optimum estimates of the vehicle position and direction into a frame of reference having a coordinate axis coinciding with the local incremental vector and having an origin coinciding with the reference point to which the local incremental vector is directed. It is preferable to include. The speed request signal for the vehicle may be generated according to the number of reference points generated prior to the vehicle position.

본 발명에 따른 차량 제어 및 유도 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 실시예로서 더 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the vehicle control and guidance system according to the present invention in more detail as an embodiment with reference to the accompanying drawings as follows.

이 명세서에 있어서, ＂추측 항법 수단＂(dead reckoning means)이라는 용어는 차량과 지면 사이의 상대적 운동의 검출에 기초한 운행수단을 의미한다는 것이 명백할 것이다.In this specification, it will be clear that the term dead reckoning means means a means of driving based on the detection of relative motion between the vehicle and the ground.

[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention

제1도는 좌표시스템을 제공하도록 공정 바닥 지역위에 표시된 좌표축 X 및 Y를 가진 공장 바닥 지역(1)을 나타낸다. 이 지역 위의 한 위치의 좌표들이 하기 설명에서 ＂차량 좌표＂와 구별하기 위해 ＂공장 좌표＂로 언급될 것이다. 차량(T)(평평한 화물 트럭일 수 있음)은, 스테이숀들(A, B, C 및 D)의 공장 좌표들에 의해 규정된 운행로를 따라 그 스테이숀들 사이에서 공장 바닥 지역(1) 둘레를 조종자가 탑승하지 않은 채로 움직이도록 요구된다. 물론, 도시된 운행로는 예시를 위한 것일 뿐이며 실제로는 다소간 더 광범위할 수 있다.1 shows a factory floor area 1 with coordinate axes X and Y indicated on the process floor area to provide a coordinate system. The coordinates of a location on this area will be referred to as "factory coordinates" in the following description to distinguish them from "vehicle coordinates". The vehicle T (which may be a flat cargo truck) has a factory floor area 1 between its stations along the runway defined by the factory coordinates of the stations A, B, C and D. The circumference is required to move without the operator boarding. Of course, the illustrated route is for illustration only and may be somewhat more extensive in practice.

제2도에서, 차량은 어떤 필요한 차동 기어를 갖춘 구동 휘일(3)과 차량의 일단부 혹은 양단부에 있는 캐스터 휘일(castor wheel)(5)를 가진다. 그 캐스터 휘일은 조향 각도가 제어가능하며, 또한 캐스터 휘일은 피이드백을 위해 조향각 변환기(도시안됨)와 ＂이동거리＂변환기를 구비한다. 구동휘일(3)은 속도가 제어되며 베터리(7)로부터 기어 박스 및 DC 변환기를 통해 공지된 방식으로 에너지를 공급받는다. 이 차량의 필수적인 특징은 제어가능한 조향각 및 속도제어 수동 장치를 가진다는 데 있다. 통상의 기계설비가 본 발명을 위해 이용 될 수도 있으나 중요한 것은 아니다. 그리하여, 캐스터 휘일의 피구동 제어 대신 두 개의 구동 휘일의 차동 제어를 통해 조종될 수도 있다. 따라서, 차량 설비의 기계적 구동에 대해서는 더 이상 설명할 필요가 없다. 구동 제어 및 유도 전자장치(9)는 캐스터 휘일(5)로부터 거리 및 조향각 신호들을 수신하고, 후술되는 바와 같이 조향각 제어 신호와 속도 제어신호들을 제공한다.In FIG. 2, the vehicle has a drive wheel 3 with any necessary differential gear and a caster wheel 5 at one or both ends of the vehicle. The caster wheels are controllable in steering angle, and the caster wheels also have a steering angle transducer (not shown) and a “traveling distance” converter for feedback. The drive wheel 3 is speed controlled and energized in a known manner from the battery 7 via a gearbox and a DC converter. An essential feature of this vehicle is that it has a controllable steering angle and speed control passive device. Conventional hardware may be used for the present invention but is not critical. Thus, instead of driven control of the caster wheel, it may be manipulated through differential control of two drive wheels. Therefore, the mechanical drive of the vehicle installation does not need to be described any further. The drive control and induction electronics 9 receive distance and steering angle signals from the caster wheel 5 and provide steering angle control signals and speed control signals as described below.

앞서 말한 설비는 추측항법 운행 시스템에 필요하다. 그 추측 항법 운행 시스템에서 차량 위치가 이동 거리 및 선택된 방향에 대한 정보로부터 증분적으로 측정된다. 그러한 시스템은 거리가 짧은 어떤 상황하에서는 만족스럽지만 휘일의 미끄러짐, 고르지 못한 표면, 마모 등에 기인한 누적적인 결함들을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 특징은, 고정된 기준점들의 검출 및 기준점에 대한 차량의 위치를 검출하는 것을 기초로 한 감시 기준설정 및 정정 시스템이 제공된다는 데 있다. 이 차량은 수직축선을 중심으로 연속적으로 회전하도록 장착되어 있는 레이저 발생기(11)를 가진다. 레이저 비임은 어떤 방해 표적에도 입사되는 얇은 수직 방사선(radiation)을 형성하도록 폭이 좁고 높이가 광대하게 되어 있다. 여러개의 표적들(13)(제1도)은 공장 바닥 지역 둘레의 여러 위치들에 고정되어, 가능한한 그 지역내의 어떤 위치로부터도 차량이 하나 혹은 그 이상의 표적을 ＂포착＂할 수 있도록 한다. 물론, 공장 상황에 따라서는 여러 가지 설비 및 비품들이 돌아다니고 이것들이 어떤 위치로부터 하나 혹은 그 이상의 표적들을 방해하기 쉽다. 그런 환경에서는, 추측 항법 시스템이 최소한 일시적이기는 해도 독자적일 수 있다.The aforementioned equipment is needed for dead reckoning systems. In that dead reckoning system the vehicle position is incrementally measured from information about the distance traveled and the selected direction. Such a system is satisfactory under some short distance situations but can have cumulative defects due to wheel slippage, uneven surfaces, wear, and the like. Thus, a feature of the present invention is that a monitoring reference setting and correction system is provided based on the detection of fixed reference points and the position of the vehicle relative to the reference point. The vehicle has a laser generator 11 mounted to rotate continuously about a vertical axis. The laser beam is narrow in width and wide in height to form a thin vertical radiation incident on any obstructive target. Several targets 13 (FIG. 1) are fixed at various locations around the factory floor area, allowing the vehicle to capture one or more targets from any location within that area as much as possible. Of course, depending on the factory situation, various equipment and fixtures are likely to move around and these may interfere with one or more targets from any location. In such circumstances, the dead reckoning system may be unique, at least temporary.

표적들(13)은 입사광을 온 방향으로 되돌려 보내는 역반사기로 형성된다. 그 표적들은 역반사 물질의 수직 스트립들로 형성될 수도 있으나, 그 스트립들은 식별될 수 있도록 폭이나 혹은 존부(存不)표식으로 부호화된다. 그 표적들은 레이저 비임이 바닥 위의 물체들에 의해 방해 받지않도록 레이저 발생기의 정상부 이상의 높이에 위치한 판에 장착될 수 있다. 따라서, 주사 레이저 비임은 윗방향을 향하게 되고 해당범위에서 표적들을 둘러싸는데 충분한 수직 각도 범위를 가질 수 있다. 레이저 주사 시스템은 영국 특허출원 제8313339호의 주제이며 여기서 더 자세히 기술될 필요는 없을 것이다.The targets 13 are formed with retroreflectors which return incident light in the on direction. The targets may be formed of vertical strips of retroreflective material, but the strips are encoded with a width or zone marker so that they can be identified. The targets may be mounted to a plate located above the top of the laser generator so that the laser beam is not disturbed by objects on the floor. Thus, the scanning laser beam may be directed upward and have a vertical angle range sufficient to enclose the targets in that range. Laser scanning systems are the subject of British patent application 8313339 and need not be described in more detail here.

차량은 표적(13)으로부터 반사된 비임을 수신하는 수신기를 가지고 있으며, 이 수신기는 반사된 비임의 방향, 즉 차량 주행방향에 대한 표적의 방향을 가리켜준다. 이 후자의 매개변수는 차량의 종방향축이 공장 좌표 시스템의 X축과 이루는 각이다. 차량 주행방향이 반드시 운행 방향일 필요는 없는데, 그 이유는 그때 조향휘일이 똑바로 앞을 향하지 않을 수도 있기 때문이다.The vehicle has a receiver that receives the beam reflected from the target 13, which indicates the direction of the reflected beam, ie the direction of the target relative to the vehicle driving direction. This latter parameter is the angle that the longitudinal axis of the vehicle makes with the X axis of the factory coordinate system. The direction of travel of the vehicle need not necessarily be the direction of travel, since the steering wheel may then not face straight ahead.

또한, 차량 설비 내에는 마이크로프로세서와 데이터 기억장치(19)가 포함된다. 운행 작동 이전에 기억된 데이터 중에는, 지점 A, B, C 및 D의 좌표형태의 운행로 ＂지도＂(map)가 있다. 그 운행로는 감속 차량 속도를 요하는 구간들을 포함할 수 있고, 각 직선 구간(선분 혹은 벡터) A-B 등에 대한 제한속도가 지정되어 기억된다. 각 운행로 벡터에 따른 속도 제한외에, 운행로 선으로 부터의 회방향 차량 변위에 대한 공차가 각 벡터 마다 다를 수 있다. 따라서, 차량이 벗어나선 안되는 자유 노선 폭이 각 벡터에 대해 사실상 존재하고, 이 노선폭은 접속부들에서 변할 수 있다. 또한, 각 벡터에서의 노선폭도 운행 작동 이전에 기억되어진다.Also included in the vehicle installation are a microprocessor and data storage 19. Among the data stored before the driving operation, there is a driving path map in the coordinate form of the points A, B, C and D. The driving route may include sections requiring a deceleration vehicle speed, and a speed limit for each straight section (line segment or vector) A-B or the like is designated and stored. In addition to the speed limitations associated with each runway vector, the tolerances for rotational vehicle displacements from the runway line may vary for each vector. Thus, there is actually a free line width for each vector that the vehicle must not escape, and this line width can vary at the connections. In addition, the route width in each vector is also stored before the running operation.

상기 정보들, 즉, 운행로 확인(접속점들의 좌표), 각 벡터에서의 허용속도 및 각 벡터에서의 노선폭은 프로그램을 수동으로 삽입함으로써 차량 데이터 기억장치에 기억되거나, 기지(베이스)스테이숀(15)으로부터 차량위의 통신 비이콘(beacon)(17)으로 전달될 수 있다. 이 비이콘은 데이터를 받아서 차량 데이터 기억 장치 및 마이크로프로세서(19)로 보낸다. 그 통신 유니트는 현재의 차량 위치를 정기적으로 기지스테이숀에 알리거나 동일한 목적으로 질문받을 수 있다.The above information, i.e. travel path identification (coordinates of the connection points), allowable speed in each vector and route width in each vector are stored in the vehicle data storage by manually inserting the program, or known (base) station ( 15 may be communicated to a communication beacon 17 on the vehicle. This beacon receives the data and sends it to the vehicle data storage device and the microprocessor 19. The communication unit may periodically inform the base station of the current vehicle position or be queried for the same purpose.

작동 및 처리과정을 후속 도면들을 참조하여 설명한다. 제3도는 차량 운행 좌표들, ＂공장＂ 좌표 X 및 Y에 의해 주어진 위치, 차량측과 X축 사이의 각(ø)인 차량 주행 방향, 전속 속도(V), 및 회전속도, 즉, 차량의 각속도(U)를 나타낸다.Operation and processing will be described with reference to the following drawings. FIG. 3 shows the vehicle travel coordinates, the position given by the “factory” coordinates X and Y, the vehicle travel direction as the angle ø between the vehicle side and the X axis, the full speed V, and the rotational speed, that is, the The angular velocity U is shown.

제4도는 차량-표적좌표들을 부가적으로 나타낸다. 공장 좌표 x₁및 y₁에 있는 표적 반사기(R)는 차량주행 방향에 대해 각도 θ₁에서 검출되었다. 차량 자체는 특정 시간 ＂t＂에 위치좌표 x 및 y와 주행방향 ø를 가진다.4 additionally shows vehicle-target coordinates. The target reflector R at the factory coordinates x ₁ and y ₁ was detected at an angle θ ₁ with respect to the vehicle driving direction. The vehicle itself has the position coordinates x and y and the driving direction ø at a specific time ＂t＂.

제5도는 두 벡터의 접속부를 나타낸다. 두 벡터에서, 기억된 데이터에 의해 결정된 자유 노선폭들은 서로 동일하다. 원활한 작동을 위해서는 벡터 접속부에서의 운행로가 각진 것이 아니라 연속적이어야 하고, 그 교차부에 알맞도록 커브 노선 혹은 구간이 계산된다. 그 굴곡부를 횡단하는 차량에 가해지는 힘을 감소시키도록 곡률(즉, 곡률의 최대반경)은 가능한한 작아야 하고, 그와 동시에, 노선폭은 두 노선폭중 보다 작은 것보다 결코 작아서는 안된다. 따라서, 제5도에서, 곡률반경은 공통 노선폭은 두 노선폭중 보다 작은 것보다 결코 작아서는 안된다. 따라서, 제5도에서, 곡률반경은 공통 노선폭의 절반이다. 그러나, 서로 다른 노선폭의 벡터들 사이의 접속부들을 나타내는 제6도에서는, 알맞은 곡선은 지점 E 및 F에서 각각 반경 pw_a/2와 pw_b/2를 가진다.5 shows the connection of two vectors. In both vectors, the free path widths determined by the stored data are the same. For smooth operation, the route at the vector connection must be continuous rather than angled, and the curve route or section is calculated to fit the intersection. The curvature (ie the maximum radius of curvature) should be as small as possible to reduce the force exerted on the vehicle traversing the bend, and at the same time, the route width should never be smaller than the smaller of the two route widths. Therefore, in FIG. 5, the radius of curvature should never be smaller than the common line width is smaller than the smaller of the two line widths. Thus, in FIG. 5, the radius of curvature is half of the common route width. However, in FIG. 6 showing connections between vectors of different route widths, a suitable curve has radii pw _a / 2 and pw _b / 2 at points E and F, respectively.

제7도는 차량에 대해 수행되는 운행과정을 블록도로 나타낸다.7 is a block diagram illustrating a driving process performed on a vehicle.

운행로 상의 좌표점들과 각종 운행로 벡터들의 노선폭을 나타내는 데이터가(21)에서 수신되고 기억된다. 그후, 프로세서는 그 노선폭들을 기초로해서 벡터 접속부들에 필요한 원활한 커브를 앞서 말한대로(23)에서 계산한다. 제5 및 제7도에 제시된 일정한 반경을 가진 커브는 사실상 얻는 것이 불가능한데, 그 이유는 직선 노선과 곡선 커브 사이의 과도부가 0으로부터 유한한 각속도로의 순간적인 변화 및 그에 따른 무한한 가속과 힘을 내포하기 때문이다. 이상적인 커브는 선형증가와 그 후에 커브에서의 곡률 감소를 내포한다.Data indicative of the coordinate points on the travel route and the route width of the various travel route vectors is received and stored at 21. The processor then calculates at 23 the smooth curve needed for the vector connections based on the route widths. Curves with constant radii, shown in FIGS. 5 and 7, are virtually impossible to obtain, because the transient between the straight line and the curve curve is momentary from zero to a finite angular velocity resulting in infinite acceleration and force. Because it contains. An ideal curve implies a linear increase followed by a decrease in curvature in the curve.

이 커브에 대한 근사치는 아래의 식으로 주어진다.An approximation to this curve is given by

여기서, α는 그 커브가 분할된 분수(fraction), 즉 10분의 1, 15분의 1, 등등을 나타내고,

는 접속점의 좌표들을 나타내는 벡터이고,

및

는 커브의 시점과 종점의 좌표들을 나타내는 벡터이고, x는 각 분수 α후의 커브 상의 점들의 좌표들을 나타내는 일반벡터이다. 따라서, α에 1/10, 2/10, 3/10을 대입함으로써 커브상의 일련의 점들의 좌표가 얻어진다. 이 과정이 후술될 방식으로 결정되는 α의 값을 사용하여 제7도의 (23)에서 수행된다. 그 커브의 증분 구조에 대한 이러한 원리는 사실 직선 부분에도 마찬가지로 적용되며 직선 부분상의 점들의 일련의 좌표들은 하기 식으로 주어진다.Where α represents a fraction in which the curve is divided, i.e., one tenth, one tenth, etc.,

Is a vector representing the coordinates of the connection point,

And

Is a vector representing the coordinates of the start and end points of the curve, and x is a general vector representing the coordinates of the points on the curve after each fraction α. Thus, by substituting 1/10, 2/10, 3/10 for α, the coordinates of a series of points on the curve are obtained. This process is carried out in (23) of FIG. 7 using the value of α determined in the manner described below. This principle for the incremental structure of the curve is in fact applied to the straight part as well, and the series of coordinates of the points on the straight part is given by the following equation.

여기서,

및

은 직선 부분의 시점 및 종점의 좌표들이다. 직선부분의 길이가 대체로 20 혹은 30미터이지만 각 구간의 길이, 즉, 각 증분 벡터는 대체로 약 5센티미터이다. 이때, 분수 α는 약 1/500이다.here,

And

Are the coordinates of the starting point and the ending point of the straight line portion. The length of the straight portion is usually 20 or 30 meters, but the length of each interval, ie each incremental vector, is usually about 5 centimeters. At this time, the fraction α is about 1/500.

증분 벡터들의 이러한 발생은 블록(25)에서 수행되며, 각종 운행로 벡터에 적용되는 속도제한치를 규정하는 최초 데이터(27)를 사용한다. 각 증분 벡터는 그의 선단부에 있는 점(＂기준점＂)의 좌표에 의해 규정된다. 그러한 각 기준점의 발생은 기본 시간간격(통상 20Hz)에 한번 일어난다. 그 기본 시간간격은 이 시스템 내의 클록펄스 발생기로부터 발생된다. 각 벡터에서의 속도(최대)가 미리정해져 있고 시간간격이 고정되어 있으므로, 각 증분 벡터의 최대 길이가 결정된다. 따라서, 속도 1m/sec에서, 증분 벡터 길이는 5cm이다. 이렇게 하여 최대길이가 결정되면 이 최대 길이는 운행로 벡터내의 증분 벡터들의 수가 하나의 정수가 되도록 약간 감소될 수 있다. 이 정수의 역은 α이다. 만일 증분 벡터 길이가 그의 허용 가능한 최대치로부터 감소된다면, 운행로의 그 부분에서의 차량 속도가 그에 따라서 감속된다는 것은 분명할 것이다. 그렇게하여 속도의 동적 제어가 제공된다.This generation of incremental vectors is performed at block 25 and uses the initial data 27 defining the speed limit applied to the various travel vectors. Each incremental vector is defined by the coordinates of the point ('reference point') at its tip. The occurrence of each such reference point occurs once at the base time interval (typically 20 Hz). The basic time interval is generated from the clock pulse generator in this system. Since the velocity (maximum) in each vector is predetermined and the time interval is fixed, the maximum length of each incremental vector is determined. Thus, at speed 1 m / sec, the incremental vector length is 5 cm. In this way, once the maximum length is determined, this maximum length can be slightly reduced so that the number of incremental vectors in the travel vector is one integer. The inverse of this constant is α. If the incremental vector length is reduced from its allowable maximum, it will be evident that the vehicle speed at that part of the road will be decelerated accordingly. In so doing, dynamic control of speed is provided.

위에서 설명된 바와 같이 커브를 구성할 때, 연속적인 기준점들을 계산함으로써, 증분된 기준 주행방향 ø_r이 연속적인 기준점들 사이의 선의 각도(공장의 X축에 대한)로서 결정된다.When constructing a curve as described above, by calculating successive reference points, the incremental reference travel direction _{r r} is determined as the angle of the line (relative to the X axis of the factory) between the successive reference points.

이렇게 계산된 기준점들은 물론 실제의 운행로와 달리 요구되는 운행로를 규정하는 것으로써 기본 시간간격에 한번씩 발생되고 차량이 취한 ＂실제＂ 위치와의 비교를 위해 기억된다. 사실 이 ＂실제＂ 위치는 레이저/표적 기준 시스템에 의해 점검되고 정정됨에 따라 추측항법 시스템으로부터 얻어진 추정치들이다. 만일 관성, 등에 기인하여, 발생된 기준점들이 차량보다 훨씬 앞서 있다면, 최종 기준점과 차량사이의 위치 차이는 차량이 감소시키려고 하는 거리 오차로 간주되어질 수 있다. 이 오차 거리가 클수록, 이를 감소시키기 위한 차량의 속도(그 특정 운행로 벡터 혹은 굴곡부에 대해 설정된 한계내에서)가 커져야 한다. 역으로, 만일 발생된 기준점이 차량위치의 바로 앞 정도에 있다면 그 속도는 감속되어야 한다. 이런 후자의 상황은 차량이 운행로 벡터의 단부에 있는 정지 스테이숀에 접근할 것이다. 그리하여, ＂대기중＂의 기준점들의 수는 속도 요구치를 지시하며, 이에 따라 차량 구동 모터가 제어된다.The calculated reference points are, of course, defined as required driving paths, unlike actual driving paths, which are generated once at a basic time interval and are stored for comparison with the actual position taken by the vehicle. In fact, these “actual” positions are estimates obtained from the dead reckoning system as checked and corrected by the laser / target reference system. If, due to inertia, etc., the generated reference points are far ahead of the vehicle, the positional difference between the final reference point and the vehicle can be regarded as the distance error that the vehicle is trying to reduce. The larger this error distance, the greater the speed of the vehicle (within the limits set for that particular travel vector or bend) to reduce it. Conversely, if the generated reference point is just in front of the vehicle's position, the speed must be reduced. This latter situation will approach the stationary station at the end of the driveway vector. Thus, the number of reference points of “waiting” indicates the speed demand, and thus the vehicle drive motor is controlled.

발생된 기준점 및 관련 증분 기준 주행방향 ø는 (29)에서의 차량위치 및 주행 방향 오차 측정을 위해 한번에 한 쌍씩 통과된다. 측정된 차량 위치 및 주행 방향은 제7도의 칼만 필터 예측 과정(37)에 의해 제공된다. 이것은 레이저/반사기 시스템(33)으로부터 발생된 표적 검출 입력 θ₁(제4도)를 사용한다. 차량이 이동한 거리 및 조향각 신호들은 제7도에서 (35)로 나타낸 변환기들로부터 얻어진다. 칼만 필터 예측과정(37) 자체는 제8도에 보다 상세히 나타내어져 있다.The generated reference point and the associated incremental reference travel direction o are passed one pair at a time for the vehicle position and travel direction error measurement at (29). The measured vehicle position and driving direction are provided by the Kalman filter prediction process 37 of FIG. This uses the target detection input θ ₁ (FIG. 4) generated from the laser / reflector system 33. Distance and steering angle signals traveled by the vehicle are obtained from the transducers indicated at 35 in FIG. The Kalman filter prediction process 37 itself is shown in more detail in FIG.

제8도는 보면, 이행될 첫 번째 과정은 주어진 하나의 기본 시간 간격(△t) 끝에 있어서의 위치 및 주행 방향과, 그 시간 간격 동안의 차량의 전진 및 회전속도와, 그 시간간격 초기시의 실제 혹은 추정 위치를 추정하는 것이다.8 shows that the first process to be implemented is the position and direction of travel at the end of a given basic time interval Δt, the vehicle's forward and rotational speeds during that time interval, and the actual time at the beginning of that time interval. Or to estimate the estimated position.

그 위치 예측과정에 대한 변환기 입력들은 조향 캐스터를 꺾은 조향 각 ø와, 거리계수 펄스로서 발생된 캐스터 휘일의 운행 거리이다. 거리 증분과 증분 △t는 캐스터 휘일의 방향에 있어서의 속도를 제공하고, 차량의 주행방향에 따른 전진 속도 V가 조향(캐스터) 각 ø의 코사인(cosin)값과 캐스터 휘일 속도의 곱으로 얻어진다. 차량의 각 속도 U는 차량 휘일들의 기하학적 구조에 따른 조향각 ø의 사인값과 캐스터 휘일 속도의 곱으로부터 얻어진다. 이들 속도 V 및 U는 (짧은) 시간간격 △t 동안 속도 및 조향각이 일정하다는 가정하에 매 시간간격에서 계산될 수 있다.The transducer inputs for the position prediction process are the steering angle 은 that turns the steering caster and the travel distance of the caster wheel generated as a distance coefficient pulse. The distance increment and the increment Δt provide the speed in the direction of the caster wheel, and the forward speed V according to the driving direction of the vehicle is obtained as the product of the cosine value of the steering (caster) angle ø and the caster wheel speed. . The angular speed U of the vehicle is obtained from the product of the caster wheel speed and the sine of the steering angle o according to the geometry of the vehicle wheels. These speeds V and U can be calculated at every time interval, assuming that the speed and steering angle are constant for a (short) time interval Δt.

제8도의 위치 예측기(39)이 과정에서 사용되는 등식은 아래와 같이 나타난다. 위치 좌표 X 및 Y의 변화율과 주행방향각 ø의 변화율은 제3도를 볼 때The equation used in the position predictor 39 of FIG. 8 is shown below. The rate of change of the position coordinates X and Y and the rate of change of the driving direction angle ø are

로 주어진다.Is given by

이들 등식을 시간 △t에 대해 적분하면 아래의 등식이 도출된다.Integrating these equations over time Δt leads to the following equations.

이 식들중 첫 번째 식은, 시간(t+△t)에서의 ø값은 시간 t에서의 ø값에 차량이 시간간격 △t에서 회전한 각을 더한 것과 동일하다는 것으로 표현된다. 둘째 및 셋째 등식에 있어서, t 및 (t+△t)는 첫 번째식에 있어서와 동일한 의미를 가진다.The first of these equations is expressed as the value of ø at time t + Δt is equal to the value of ø at time t plus the angle of rotation of the vehicle at time interval Δt. In the second and third equations, t and (t + Δt) have the same meaning as in the first equation.

이들 등식은 추정치를 위해 아래와 같이 다시 쓰여질 수 있다.These equations can be rewritten as follows for estimation.

상기 매개변수 위의 ＂모자＂표시(^)는 추정치임을 가리키고, 기호 ＂/t＂는 ＂시간t에서 측정되었음＂을 의미한다.The “hat” mark (^) above the parameter indicates an estimate, and the symbol ＂/ t＂ means that it was measured at time t.

이들 등식들은 만일 시간 t에서의 추정위치 및 추정 주행방향을 알고 있다면 시간(t+△t)에서의 차량의 위치 및 주행방향을 추정하는데 충분하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 블록(39)의 출력은, 입력(41)으로 운행거리 및 이동각도에 대한 추측 항법 시스템만을 기초하여 또 다른 시간간격 △t후의 차량의 추정좌표 x 및 y와 추정 주행방향 ø가 된다.It can be seen that these equations are sufficient to estimate the position and running direction of the vehicle at time t + Δt if the estimated position and estimated driving direction at time t are known. Therefore, the output of the block 39 becomes the estimated coordinates x and y of the vehicle after another time interval Δt and the estimated traveling direction ø based only on the dead reckoning system for the traveling distance and the moving angle as the input 41.

제4도를 본다면, 표적 반사기(R)의 추정각은 차량 주행방향 ø과 차량 및 표적 좌표들에 의하여 하기식으로 얻어질 수 있을 것이다.Referring to FIG. 4, the estimated angle of the target reflector R may be obtained by the following equation by the vehicle driving direction ø and the vehicle and target coordinates.

이 식에서,

는 시간 t에서 평가된 시간(t+△t)에 있어서의 추정된 표적각이다. 표적 좌표 x₁및 y₁는 공장 바닥 위에 있는 표적들의 배치로부터 미리 정해진다. 차량의 추정치 x 및 y는 블록(39)에서의 과정으로부터 얻어지며 주행방향의 추정치 ø 역시 마찬가지이다. 따라서 위 등식은 표적 방위 예측기(43)에서 처리되며 그 표적 방위 예측기는 출력

를 발생한다.In this expression,

Is the estimated target angle at time t + Δt evaluated at time t. Target coordinates x ₁ and y ₁ are predetermined from the placement of the targets on the factory floor. The estimates x and y of the vehicle are obtained from the process in block 39 and the estimate? Of the travel direction is also the same. The above equation is thus processed in the target orientation predictor 43 and the target orientation predictor is output.

Occurs.

레이저 표적 검출 시스템(33)의 출력은 표적각 θ₁의 정확한 관측치를 제공하며, 이 표적각 θ₁는 표적 추정오차 θ₁-

를 제공하도록 과정(45)에서 추정치

와 차이가 계산된다.The output of the laser target detection system 33 is the target and provides an accurate observation of the angle θ _1, the target angle θ ₁ is the target error estimate θ ₁ -

Estimate in step 45 to provide

And the difference is calculated.

이 오차 신호는 칼만 필터(47)에 의해 처리된다. 이 칼만 필터(47)는 개개의 칼만 이득 계수들(k_r,k_x및 k_y)과 오차의 곱들을 효과적으로 산출한다. 다음, 이들 정정치들은 차량 주행방향 및 위치에 대한 정정된 추정치를 제공하도록 아래의 등식에 따라 과정(49)에서 과정(39)이 추측 항법예측치들에 가산된다.This error signal is processed by the Kalman filter 47. This Kalman filter 47 effectively calculates the products of the individual Kalman gain coefficients k _r , k _x and k _y and the error. These corrections are then added to the dead reckoning values in step 49 in accordance with the equation below to provide a corrected estimate of the vehicle driving direction and position.

칼만 정정치들의 유도 및 칼만 필터들의 작용은 아카데믹 프레스 발생(1967년), ＂아오끼＂저＂Optimisation of Stochastic Systems＂에 나와 있다.The derivation of Kalman corrections and the action of Kalman filters is described in Academic Press Generation (1967), Optimisation of Stochastic Systems.

시간(t+△t)에서 추정된 그 시간에서의 주행방향 및 위치의 정정된 추정치는, 시간 t에서 얻어지고 칼만 필터 과정에 의해 정정된 주행방향 및 위치의 추정치로부터 얻어진다. 이러한 최적 추정치가 제7도의 오차 측정과정(29)에서의 출력이지만, 또한 제8도의 위치 예측기(39)에 ＂현재＂입력(41)로서 부여되며, 그로부터 다음번 기준점을 예측한다. 따라서, 예컨대 표적들이 무엇인가에 의해 방해 받아 하나 혹은 그 이상의 표적기준 정정값들이 부재(不在)할 때, 다음번 기준점이 표적 검출정정의 혜택을 받았던 최종 기준점으로부터 추측 항법 시스템에 의해 예측된다.The corrected estimate of the travel direction and position at that time estimated at time t + Δt is obtained from the estimate of the travel direction and position obtained at time t and corrected by the Kalman filter process. Although this optimum estimate is the output in the error measuring process 29 of FIG. 7, it is also given to the position predictor 39 of FIG. 8 as the "current" input 41, and predicts the next reference point therefrom. Thus, for example, when targets are disturbed by something and one or more target reference corrections are absent, the next reference point is predicted by the dead reckoning system from the last reference point that has benefited from the target detection correction.

다시 제7도를 참조하여, 거리 및 주행방향 오차의 측정에 대해 설명한다. 과정(29)에서 2개의 입력은 (a) 이상적 운행로를 규정하는 발생된 일련의 기준점들과, (b) 제8도의 칼만과정으로부터 얻어진 차량 주행방향 및 위치의 최적 추정치이다.Referring to FIG. 7 again, the measurement of the distance and the driving direction error will be described. The two inputs in process 29 are (a) a series of generated reference points defining the ideal travel path, and (b) an optimal estimate of the vehicle driving direction and position obtained from the Kalman process of FIG.

제9도는 연속적인 증분 벡터들(IV₁및 IV₂)과, 과정(25)(제7도)에 따라 발생된 이들 벡터의 관련 기준점들(RP1 및 RP2)을 나타낸다. 차량(T)의 운행에 있어서의 오차는 차량의 중심과 국부적인 증분 벡터 사이의 수직 거리(d_e)와 차량의 주행방향과 국부적인 증분 벡터의 방향 사이의 각도 오차(θ_e)로서 결정된다.9 shows successive incremental vectors IV ₁ and IV ₂ and the relevant reference points RP1 and RP2 of these vectors generated according to process 25 (FIG. 7). The error in the operation of the vehicle T is determined as the vertical distance d _e between the center of the vehicle and the local incremental vector and the angle error θ _e between the running direction of the vehicle and the direction of the local incremental vector. .

이들 오차 d_e및 θ_e의 측정은 공장 좌표내의 실제 차량 위치를, 원점이 국부적인 증분 벡터의 기준점에 있고 새로운 x축이 국부적인 증분 벡터에 일치하는 차량 기준 프레임내의 일 위치로 변환시킴에 의해 달성된다. 이러한 변환이 제10도에 도시되어 있다. 제10도에 있어서, X 및 Y는 공장 좌표축들이고, X^*및 Y^*는 차량 프레임축이며, x_r및 y_r은 국부적인 증분벡터 기준점의 공장 프레임내 좌표이고, x^*및 y^*는 차량 프레임내 차량 좌표이다.These errors d _e and θ _e are measured by converting the actual vehicle position in the factory coordinates to a position in the vehicle reference frame whose origin is at the reference point of the local incremental vector and the new x-axis matches the local incremental vector. Is achieved. This transformation is shown in FIG. In FIG. 10, X and Y are factory coordinate axes, X ^* and Y ^* are vehicle frame axes, x _r and y _r are in- factory coordinates of the local incremental vector reference point, and x ^* and y ^* are vehicle Vehicle coordinates in the frame.

각도 ø_r은 공장 프레임에 대한 증분 벡터의 방향이다.The angle ø _r is the direction of the incremental vector relative to the factory frame.

제9도로부터, 아래의 변환이 간단한 기하학에 의해 유도된다.From FIG. 9, the following transformation is derived by the simple geometry.

이 차량 기준 프레임에 있어서, 거리 오차 d_e는 차량 중심의 y^*좌표이고 각도 오차 θ_e는 직접 변형각 ø_r임을 알 수 있다.In this vehicle reference frame, it can be seen that the distance error d _e is the y ^* coordinate of the vehicle center and the angle error θ _e is the direct deformation angle ø _r .

차량이 국부적인 기준점 x_ry_r을 통과할 때, x^*의 극성은 음에서 양으로 변화한다. 이 변화는 현재의 차량기준프레임을 무시하고 후속 기준점 위에 원점과 그 후속 증분 벡터와 정렬된 x^*축으로 차량 기준 프레임을 재정립시킨다. 따라서, 차량 기준프레임은 차량과 동기적으로 보조를 맞춘다는 것을 알 수 있다.When the vehicle passes through the local reference point x _r y _r , the polarity of x ^* changes from negative to positive. This change ignores the current vehicle frame of reference and reorders the vehicle frame of reference with the x ^* axis aligned with the origin and its subsequent incremental vectors above the subsequent reference point. Thus, it can be seen that the vehicle reference frame is synchronized with the vehicle.

다음, 그 오차값들 d_d및 θ_e는 이들 오차값들의 직접적인 작용으로 조향각 요구신호 θ_d를 유도하는데 사용된다. 요구되는 각속도 U_d가 먼저 하기 식으로부터 유도된다.The error values d _d and θ _e are then used to derive the steering angle request signal θ _d as a direct action of these error values. The required angular velocity U _d is first derived from the following equation.

여기서, K₁및 K₂는 차량 자체의 역학에 의해 규정된 이득 함수(gain function)들이다. 다음, 요구 조향각이 차량의 기하학적 구조 및 요구되는 전진속도로부터 계산된다.Here, K ₁ and K ₂ are gain functions defined by the dynamics of the vehicle itself. The required steering angle is then calculated from the vehicle geometry and the required forward speed.

앞서 말했듯이, 차량의 속도는 차량과 최종 발생 증분 벡터 사이의 증분 벡터들의 수를 측정함에 의해 제어된다. 이 최종 발생 증분 벡터는 항상 차량의 앞에 있을 것이며, 마치 탄성적인 끈으로 차량을 최종 발생 위치 기준에 연결시킨것처럼 차량을 ＂견인＂하는 듯이 보일 것이다.As mentioned above, the speed of the vehicle is controlled by measuring the number of incremental vectors between the vehicle and the last generated incremental vector. This final incremental vector will always be in front of the vehicle and will appear to tow the vehicle as if it were a flexible strap connecting the vehicle to the final occurrence position criterion.

정지 위치로부터, 기준점들은 ＂정지＂스테이숀으로부터 멀어지는 선형속도들로 발생될 것이며, 위에서 말한 탄성작용을 계속할 것이다. 차량은 최종 기준점과의 오차 거리에 따라 그리고 차량의 관성 및 동력에 의거해서 가속될 것이며, 그 오차는 차량속도가 기준점들의 전진속도와 일치되는 곳에서 안정상태가 도달될 때까지 차차 축소될 것이다.From the stop position, the reference points will be generated at linear velocities away from the “stop” station and will continue the elasticity mentioned above. The vehicle will accelerate according to the error distance from the final reference point and based on the vehicle's inertia and power, and the error will gradually decrease until the steady state is reached where the vehicle speed matches the forward speed of the reference points.

기준점 속도와 그에 따른 차량 속도는 연속적인 기준점들 간의 증분 거리를 변화시킴으로써(즉, 앞의 식(1)중의 α를 변화시킴으로써), 규정된 주행로에 따른 운행중에 동적으로 변화될 수 있다.The reference point speed and thus the vehicle speed can be changed dynamically during driving along the defined driving path by changing the incremental distance between successive reference points (ie, by changing α in the preceding equation (1)).

증분 벡터들 및 기준점들의 발생이 완료되면, 최종 증분 벡터는 운행로 벡터들을 규정하는 좌표위치들에 지정된 원래의 운행로에 의해 요구되는 최종 정지위치에서 종료될 것이다. 거리 오차가 감소함에 따라 차량속도가 감속된다. 거리 오차/요구되는 속도 관계를 조정함으로써, 최종점을 넘지 않고 그 최종점에 도착하도록 속도가 제어된다. 차량프레임은, x^*좌표가 그 프레임내의 ＂진행되어야 할 거리＂가 되고 이것이 더 이상의 계산없이 모니터될 수 있기 때문에 여기에 직접 적용될 수 있다.When the generation of the incremental vectors and the reference points is complete, the final incremental vector will end at the last stop position required by the original trajectory specified in the coordinate positions defining the trajectory vectors. As the distance error decreases, the vehicle speed decreases. By adjusting the distance error / required speed relationship, the speed is controlled to arrive at that end point without exceeding the end point. The vehicle frame can be applied directly here because the x ^* coordinate becomes the “distance to be advanced” within the frame and it can be monitored without further calculation.

상기 실시예에 있어서 전자기적 방향 탐색 수단은 방위각으로 주사하는 좁은 레이저 비임에 의해 방향 감지를 제공하는 레이저 시스템이다. 그러나, 위상 비교기술에 의해 정확하게 방향을 탐색하는 레이다 비임이 사용될 수도 있다. 또한, 앞의 반사기들은 부호화 방출(coded mission)을 제공하는 트랜스폰더(transponder)(자동 응답기)로 대체될 수 있다.In this embodiment the electromagnetic direction search means is a laser system that provides direction detection by a narrow laser beam scanning at azimuth angles. However, radar beams may be used that accurately seek directions by phase comparison techniques. In addition, the preceding reflectors can be replaced by transponders (answering machines) that provide a coded mission.

Claims

Driving force means 3, 7, 9 for driving the vehicle, steering means 5, 9 for controlling the course of the vehicle, and dead reckoning means 35, 39 for incrementally calculating the position and direction of the vehicle. And means (19) for defining a desired driving path (ABCD) for the vehicle, and the vehicle driving and steering means (3, 5, 7) for driving the vehicle along the desired driving path (ABCD). 9) means for controlling 29, means 19 for storing the position of at least one fixed reference target 13, and for predicting the orientation of the reference target 13 from the calculated vehicle position and orientation. The processing means 43, the electromagnetic direction measuring means 33 for measuring the actual orientation of the target 13, and the actual orientation θ i of the target 13 are predicted orientations (

means 45 for comparison with i) and azimuth error &thetas; i-

means (47,49) for correcting the control of vehicle drive and steering according to i).

Azimuth error θ ₁ − in accordance with claim ₁ .

The means for correcting the control of the vehicle manual and steering according to Kalman filter means 47 for calculating corrections which are the product of Kalman gain coefficients for the position coordinates and the vehicle direction and the azimuth error; Means (49) for combining said corrections with respective estimates of position and direction provided by said dead reckoning means to provide an optimal estimate of direction.

The storage means (21) according to claim 1 or 2, wherein said means (19) for defining a desired travel path (ABCD) for a vehicle stores said travel path as a series of straight sections (EF). And means (23) for converting the connections (E, F) of the straight sections into smooth curve sections.

4. The vehicle control and guidance system according to claim 3, comprising means for storing the maximum allowable vehicle speed and the allowable route width in each straight section and curved section in accordance with local travel conditions.

5. The method according to claim 4, wherein said means for converting said connecting portions (E, F) into curves and tool sections is such that the curvature radii (r _a , r _b ) of the curved sections are not less than half of the line width (P ^w _a ). And means for calculating not more than half of the larger of the two route widths if the route widths (P ^w _a , P ^w _b ) are different at the connection (E).

6. The apparatus of claim 5, wherein the dead reckoning means comprises means for estimating the vehicle position and direction after each series of time or distance increments based on the forward and rotational movement of the vehicle during the increment and from the initial vehicle position and direction during the increment. Including vehicle control and guidance systems.

7. The vehicle control and guidance system of Claim 6 including means for predicting the orientation of the reference target from the vehicle based on the estimated position of the vehicle and the final measurement position of the reference target.

8. A vehicle control and guidance system as claimed in claim 7, comprising means for providing said optimum estimates to said dead reckoning means as a basis for estimating vehicle position and direction one incrementally later.

4. The apparatus of claim 3, wherein the means for continuously generating coordinates of incremental reference points on the intervals defining incremental vectors such that the distance between the reference points is equal to the product of the maximum allowable speed and the fundamental time increment in that interval. Vehicle control and guidance system comprising a.

8. The apparatus of claim 7, further comprising: means for storing the maximum allowable vehicle speed and the allowable route width in each of the straight and curved sections according to local travel conditions, coordinates of incremental reference points on the sections defining incremental vectors. Means for continuously generating such that the distance between the reference points is equal to the product of the maximum allowable speed and the fundamental time increment in the interval, and comparing the optimum estimates of the vehicle position and direction with the position and direction of the nearest increment vector. Error detection means for generating distance and direction error signals, and means for generating a steering angle request signal in accordance with the distance and direction error signals.

11. The apparatus of claim 10, wherein the error detecting means has one coordinate axis coinciding with the corrected estimates of the vehicle position and direction, and an origin coinciding with the reference point to which the local incremental vector is directed. And control means for converting the frame into a reference frame.

12. The vehicle control and guidance system according to claim 10 or 11, comprising means for providing a speed request signal for the vehicle according to the number of reference points generated prior to the vehicle position.

The vehicle control and guidance system according to claim 1, wherein said direction measuring means comprises a laser beam generator scanning at an azimuth angle and means for detecting an orientation of a target reflector relative to the direction of the vehicle from detection of the reflected beam.