JP2003208225A - 横速度を利用した車両方位制御装置、車両方位制御方法および車両方位制御プログラム - Google Patents
横速度を利用した車両方位制御装置、車両方位制御方法および車両方位制御プログラムInfo
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- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
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Abstract
追随でき、人の操縦に近い態様の乗り心地のよい応答性
を示す車両方位制御装置の提供。 【解決手段】車両の方位角ψ1を検出する方位センサ
と、該車両の速度uを検出する速度計と、車両方位角ψ
1と目標方位角ψ2と車両速度uとから車両の操舵指令D
を生成する演算処理部とを備える。演算処理部は、ψ2
−ψ1=Δψとするとき、uΔψなる計算式で表される
横速度誤差の演算と、K1uΔψなる計算式で表される
横速度制御量の演算(K1は乗数)と、K2uΔψ/sな
る計算式(K2は乗数、sはラプラス演算子)で表され
る横位置制御量の演算と、該横速度制御量および該横位
置制御量を加算する和演算とを行い、該和演算で得た加
算値〔K1uΔψ+K2uΔψ/s〕を操舵指令Dとして
出力する。
Description
車両に搭載され、車両の進行方位を制御する車両方位制
御装置、方法およびプログラムに関する。
表すブロック線図、図5は図4の車両方位制御装置の構
成を示す図である。この車両方位制御装置は、自動田植
機などの車両に搭載され、該車両を目標方位に自動的に
直進走行させる。この従来の車両方位制御装置では、演
算処理部15は、車両方位角ψ1を方位センサ1から受
け、例えばメモリに記憶された目標方位角ψ2との差Δ
ψ(=ψ2ーψ1)を方位角誤差として演算し、その方
位角誤差Δψに比例ゲインK1を乗じた値K1Δψを方位
角誤差比例値として演算し、また方位角誤差Δψに積分
ゲインK2を乗じた値K2Δψの時間積分値K2Δψ/s
を方位角誤差積分値として演算し、方位角誤差比例値K
1Δψおよび方位角誤差積分値K2Δψ/sの和(K1Δ
ψ+K2Δψ/s)を演算し、この和の値を操舵指令D
として操舵部4へ供給する。操舵部4は、操舵指令Dに
応じて車両の舵角θを制御し、方位角誤差Δψがゼロに
なる方向に車両の操舵系を制御している。ここで、舵角
θは車両の操舵機構における機械的な操舵角度である。
の従来の車両方位制御装置が開示されている。特開平0
8−137549号公報の装置は、車両進行方向に垂直
な方向における車両位置のずれ量と、速度検出手段で検
出された走行速度に基づいて、ずれ量がゼロになるよう
に車両操舵角を制御している。この車両方位制御では、
車両の走行速度が大きいほど車両の操舵角を小さくして
いる。
は、さらに別の従来の車両方位制御装置が開示されてい
る。特開平07−110712号公報の装置は、車両が
走行する走行路における基準線からの横方向の位置偏差
量およびその横偏差量の時間微分値にゲインを掛けたも
のを加算し、加算値を操舵指令とする。
従来の装置では、目標方位角ψ2からの車両方位角ψ1の
ずれ量である方位角誤差Δψを演算し、その方位角誤差
Δψに比例ゲインK1を乗じた値K1Δψを方位角誤差比
例値として演算し、また方位角誤差Δψに積分ゲインK
2を乗じた値K2Δψの時間積分値K2Δψ/sを方位角
誤差積分値として演算し、方位角誤差比例値K1Δψお
よび方位角誤差積分値K2Δψ/sの和(K1Δψ+K2
Δψ/s)を演算し、この和の値を操舵指令Dとして操
舵部4へ供給する。このように、方位角誤差比例値K1
Δψと方位角誤差積分値K2Δψ/sとの和(K1Δψ+
K2Δψ/s)を操舵指令Dとする従来の装置では、目
標方位角ψ2に対する車両方位角ψ1の比、即ちこの制
御系の伝達特性は、 となる。
から、従来の車両方位制御装置の伝達特性には、車両の
直進方向の速度、即ち車両速度uに関する項が含まれて
いない。即ち、式(1)の伝達特性は、車両速度uに拘
わらず一定である。したがって、式(1)の伝達特性で
制御される装置では、ある1つの計画車両速度u0で最
適な応答性を示す制御系を設計したとしても、その制御
系は計画車両速度u0から離れた車両速度uでは最適特
性からずれた特性でしか応答できない。式(1)の伝達
特性の制御系で操舵指令Dを生成する従来の車両方位制
御装置は、車両速度uが計画車両速度u0より速いとき
は制御系の応答遅れにより、車両方位ψ1が目標方位角
ψ2からずれる量(方位角誤差Δψ)が大きくなり、ひ
いては車両の走行径路と設定径路との誤差が大きくな
る。また、車両速度uが計画車両速度u0より遅いとき
は、操舵系が不必要に頻繁に舵角θを変動させることと
なり、車両の乗り心地が悪い。このように、図4及び図
5に示した従来の装置では、車両速度uが遅いときには
ゆっくりと操舵をし、車両速度uが速いときには素早く
操舵をするという人の操舵態様から大きく乖離した操舵
態様とならざるを得ない。
車両方位制御装置では、進行方向の速度を制御系に使用
してはいるが、旋回角速度を一定することを目的として
おり、目標方位角ψ2に車両方位ψ1を正確に追随させる
には向いていない。前述の特開平07−110712号
公報の装置は、横偏差および横速度に加えて、道路曲率
を参照して車両の方位を制御する方式であり、構成が複
雑である。
であり、広い範囲の車両速度において目標方位に正確に
追随でき、人の操縦に近い態様の乗り心地のよい応答性
を示し、しかも構成が単純な車両方位制御装置、車両方
位制御方法および車両方位制御プログラムを提供するこ
とを目的とする。
めに本発明は次の手段を提供する。
に応じ操舵指令を生成することを特徴とする車両方位制
御装置。
Δψ(=ψ2−ψ1)と車両の進行方向の速度である車両
速度uとを乗じた横速度誤差uΔψに基づき前記横方向
速度の成分を演算し、該横速度誤差uΔψの時間積分に
基づき前記横方向偏移量の成分を演算することを特徴と
する前記[1]に記載の車両方位制御装置。
積K1uΔψを前記横方向速度成分である横速度制御量
とし、該横速度誤差uΔψの時間積分と乗数K2との積
K2uΔψ/s(sはラプラス演算子)を前記横方向偏
移量成分である横位置制御量とし、該横速度制御量およ
び該横位置制御量の和に基づき前記操舵指令を演算する
ことを特徴とする前記[2]に記載の車両方位制御装置。
1および目標方位角ψ2に基づき車両の操舵指令を生成す
る操舵指令生成手段を備え、該車両の操舵系に該操舵指
令を供給することにより、該車両の方位を制御する車両
方位制御装置において、前記車両の進行方向の速度を車
両速度uとして検出する速度計を備え、前記操舵指令生
成手段は、ψ2−ψ1=Δψとするとき、uΔψに比例す
る横速度制御量とuΔψの時間積分値に比例する横位置
制御量との和に基づき前記操舵指令を生成することを特
徴とする車両方位制御装置。
サと、該車両の進行方向の速度を車両速度uとして検出
する速度計と、該車両方位角ψ1と目標方位角ψ2と該車
両速度uとから該車両の操舵指令を生成する操舵指令生
成手段とを有し、前記操舵指令生成手段は、ψ2−ψ1=
Δψとするとき、uΔψなる計算式で表される横速度誤
差の演算と、K1uΔψなる計算式で表される横速度制
御量の演算(K1は乗数)と、K2uΔψ/sなる計算式
(K2は乗数、sはラプラス演算子)で表される横位置
制御量の演算と、該横速度制御量および該横位置制御量
を加算する和演算とを行い、該和演算で得た加算値〔K
1uΔψ+K2uΔψ/s〕を前記操舵指令として出力す
ることを特徴とする車両方位制御装置。
uの関数であり、該車両速度uの増減に応じて増減する
ことを特徴とする前記[3]乃至[5]に記載の車両方位制
御装置。
1と目標方位角ψ2との差(ψ2−ψ1)を方位角誤差Δψ
として算出するステップと、速度計で検出された車両進
行方向の速度である車両速度uと前記方位角誤差Δψと
から横速度誤差uΔψを算出するステップと、前記横速
度誤差uΔψと乗数K1とから横速度制御量K1uΔψを
算出するステップと、前記横速度誤差uΔψと乗数K2
とから横位置制御量K2uΔψ/sを算出するステップ
(sはラプラス演算子)と、前記横速度制御量K1uΔ
ψと前記横位置制御量K2uΔψ/sとの和演算から操
舵指令〔K1uΔψ+K2uΔψ/s〕を算出するステッ
プとを有することを特徴とする車両方位制御方法。
1と目標方位角ψ2との差(ψ2−ψ1)を方位角誤差Δψ
として算出するステップと、速度計で検出された車両進
行方向の速度である車両速度uと前記方位角誤差Δψと
から横速度誤差uΔψを算出するステップと、前記横速
度誤差uΔψと乗数K1とから横速度制御量K1uΔψを
算出するステップと、前記横速度誤差uΔψと乗数K2
とから横位置制御量K2uΔψ/sを算出するステップ
(sはラプラス演算子)と、前記横速度制御量K1uΔ
ψと前記横位置制御量K2uΔψ/sとの和演算から操
舵指令〔K1uΔψ+K2uΔψ/s〕を算出するステッ
プとをコンピュータに実行させるための車両方位制御用
プログラム。
て図面を参照して説明する。
一実施の形態を表すブロック線図である。また、図2
は、本発明になる車両方位制御装置の別の実施の形態を
表すブロック線図である。図2のブロック線図は、制御
理論上図1のブロック線図に等価である。図3は、図1
に示した車両方位制御装置の構成を示す図である。図2
の実施の形態は図1の実施の形態に制御理論上は等価で
あるから、以下では図1及び図3を参照して本発明の一
実施の形態を説明する。
位制御装置は、方位センサ1、速度計3、操舵部4およ
び演算処理部5を含んで構成されている。この車両方位
制御装置は、自動田植機などの如くの農業作業車に搭載
されて好適である。自動田植機の使用形態では、予め設
定した目標方位に直進するように自動操向させることが
多い。目標方位角ψ2としては、たとえば、自動田植機
の教習行程で取得した方位角を演算処理部5のメモリR
AMに格納したものを用いてもよい。
機構とからなる。増幅部は、電気信号である操舵指令D
を増幅する。アクチュエータは、増幅された操舵指令D
を受け、操舵指令Dに応じて操舵機構を駆動する。操舵
機構は、車輪と、アクチュエータの出力を車輪に伝える
伝達機構とでなる。舵角θは、操舵機構の機械的な角度
であり、ここでは車輪の角度である。速度計3は、車両
の進行方向の速度を車両速度uとして検出する。
に相当し、中央処理部CPU、メモリROM、メモリR
AM、入出力インターフェイス等で構成されている。中
央処理部CPUは、方位センサ1および速度計3から入
出力インターフェイスを介して入力された検出値につき
演算をし、演算の結果を入出力インターフェイスを介し
て操舵部4へ出力する。メモリROMは主に演算用プロ
グラム等を格納する。メモリRAMは、各種検出・計測
・設定データを格納する。
御方法について、図1のブロック線図及び図3の構成図
を参照して説明する。演算処理部5は、方位センサ1で
検出した車両方位角ψ1、速度計3で検出した車両速度
uを入力する。演算処理部5において、たとえばメモリ
RAMに記憶された目標方位角ψ2と検出した車両方位
角ψ1の差Δψ(=ψ2ーψ1)を方位角誤差として演
算し、方位角誤差Δψに車両速度uを乗じる演算により
横速度誤差uΔψを生成する。さらに、演算処理部5に
おいて、横速度誤差uΔψに比例ゲインK1を乗じる演
算により横速度制御量K1uΔψを生成し、また横速度
誤差uΔψに積分ゲインK2を乗じるとともに時間積分
を施す演算により、横位置制御量K2uΔψ/sを生成
する。ここで、sはラプラス演算子を表し、1/sは時
間積分の演算を表す。横位置制御量は、車両の横方向の
ずれ量を表し、請求項1及び課題を解決するための手段
の欄[1]おける横方向偏移量に相当する。さらに、演算
処理部5において、横速度制御量K1uΔψ及び横位置
制御量K2uΔψ/sの和を演算することにより、操舵
指令Dを生成する。D=K1uΔψ+K2uΔψ/sであ
る。
系では、目標方位角ψ2に対する車両方位角ψ1の比、
即ちこの制御系の伝達特性は、 となる。
が、この車両方位制御装置の伝達特性は、車両の直進方
向の速度、即ち車両速度uに関する項を含んでおり、車
両速度uが増大すると制御系のゲインが増大し、応答速
度が増大する。式(2)を式(1)と対比して明らかな
ように、式(2)におけるuK1は式(1)における比
例ゲインK1に対応し、式(2)におけるuK2は式
(1)における積分ゲインK2に対応する。即ち本実施
の形態では、比例ゲインをuK1とし、積分ゲインをu
K2とした図4の従来の装置に等価である。
れる装置では、広い範囲の比例ゲイン車両速度uで好適
な応答性を示す制御系を設計できる。そこで、この制御
系は広い範囲の車両速度uで最適特性に近い特性で応答
できる。式(2)の伝達特性の制御系で操舵指令Dを生
成するこの車両方位制御装置は、車両速度uが大きいと
き、制御系のゲインが大きくなるから、大きい車両速度
uにおいて応答遅れが人の運転に近い程度に小さく、車
両方位ψ1が目標方位角ψ2からずれる量(方位角誤差Δ
ψ)が小さく、ひいては車両の走行径路と設定径路との
誤差は小さいものとなる。また、車両速度uが遅いとき
は、制御系のゲインが小さくなるから、操舵系は不必要
に頻繁に舵角θを変動させることがなく、低速における
車両の乗り心地がよい。このように、図1に示した装置
では、車両速度uが遅いときにはゆっくりと操舵をし、
車両速度uが速いときには素早く操舵をするという人の
操舵態様に近い操舵態様で車両を操舵でき、車両速度u
に拘わらず安定に目標方位に直進できる。
上の説明では、比例ゲインK1及び積分ゲインK2は一定
値とした。しかしながら、比例ゲインK1及び積分ゲイ
ンK 2は必ずしも一定値である必要はなく、車両速度u
の関数としても差し支えない。車両速度uの増大および
減少に対応してそれぞれ増大および減少をする関数の採
用により、本発明の車両方位制御装置の応答性を一層向
上できる。また、上述の車両方位制御方法は、ROMメ
モリなどに記憶したコンピュータプログラムで実行させ
ることができる。
囲の車両速度において目標方位に正確に追随でき、人の
操縦に近い態様の乗り心地のよい応答性を示し、しかも
構成が単純な車両方位制御装置、車両方位制御方法およ
び車両方位制御プログラムを提供できる。
を表すブロック線図である。
態を表すブロック線図である。
である。
線図である。
示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】方位センサで検出された車両方位角ψ1お
よび目標方位角ψ2に基づき、車両の操舵指令を生成
し、該操舵指令を操舵系に出力することにより車両の方
位を制御する車両方位制御装置において、 車両方位角ψ1と目標方位角ψ2との差△ψに車両速度
uを乗じて横速度誤差u△ψを算出し、さらに横速度誤
差u△ψと定数K1との積K1u△ψを車両の横方向速度
成分である横速度制御量とし、横速度誤差uΔψの時間
積分と定数K2との積K2uΔψ/s(sはラプラス演
算子)を車両の横方向偏移量成分である横位置制御量と
して、該横速度制御量および該横位置制御量の和に基づ
き前記操舵指令を演算することを特徴とする車両方位制
御装置。 - 【請求項2】前記定数K1及びK2は、車両速度uの関数
であり、車両速度uの増減に応じて増減することを特徴
とする請求項1に記載の車両方位制御装置。 - 【請求項3】方位センサで検出された車両方位角ψ1と
目標方位角ψ2との差をΔψとするとき、車両速度uと
該差Δψとから横速度誤差uΔψを算出するステップ
と、 横速度誤差uΔψと定数K1とから横速度制御量K1uΔ
ψを算出するステップと、 横速度誤差uΔψと定数K2とから横位置制御量K2uΔ
ψ/sを算出するステップ(sはラプラス演算子)と、 横速度制御量K1uΔψと前記横位置制御量K2uΔψ/
sとの和演算から操舵指令〔K1uΔψ+K2uΔψ/
s〕を算出するステップとを有することを特徴とする車
両方位制御方法。 - 【請求項4】方位センサで検出された車両方位角ψ1と
目標方位角ψ2との差をΔψとするとき、車両速度uと
該差Δψとから横速度誤差uΔψを算出するステップ
と、 横速度誤差uΔψと定数K1とから横速度制御量K1uΔ
ψを算出するステップと、 横速度誤差uΔψと定数K2とから横位置制御量K2uΔ
ψ/sを算出するステップ(sはラプラス演算子)と、 横速度制御量K1uΔψと前記横位置制御量K2uΔψ/
sとの和演算から操舵指令〔K1uΔψ+K2uΔψ/
s〕を算出するステップとをコンピュータに実行させる
ための車両方位制御用プログラム。
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JP2002005650A JP3718721B2 (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | 横速度を利用した車両方位制御装置、車両方位制御方法および車両方位制御プログラム |
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JP2019170199A (ja) * | 2018-03-27 | 2019-10-10 | ヤンマー株式会社 | 自律操舵装置 |
JP2020135711A (ja) * | 2019-02-25 | 2020-08-31 | 三菱重工エンジニアリング株式会社 | 制御装置、移動体および制御方法 |
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2002
- 2002-01-15 JP JP2002005650A patent/JP3718721B2/ja not_active Expired - Fee Related
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