JP2010079689A - Vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、追従車両制御装置に係り、例えば、他車両や自車両からの指令に基づいて、他の車両に追従して走行する追従走行に関する。 The present invention relates to a follow-up vehicle control device, for example, to follow-up running that follows another vehicle based on a command from another vehicle or the host vehicle.
車両が走行する場合、先行する車両(以下、先行する車両を先行車両とし、追従する車両を追従車両とする)に追従しながらオートクルーズする車両について提案されている。
例えば、特許文献1では、先行車両に追従して予め設定された追従車間距離設定値を保ちながら定速走行を行う車間距離制御型定速走行装置を備えた車両が提案されている。
また特許文献2では、先行車両に対する追従走行を行わせるとともに、車車間通信を利用して自車両と先行車両との交錯可能性を判断し、該交錯可能性が所定値以上となったときに上記追従走行を中止する技術について提案されている。
For example,
Moreover, in
ところで、特許文献1、特許文献2では、先行車両に対して追従車両が後方を走行する場合の「縦追従走行」については記載されているが、先行車両が旋回する場合に、追従車両を如何に効率よく追従させるかについては記載されていない。
先行車両に旋回を含めて追従制御する場合、従来は、次の2つの制御方法があった。
以下、これの制御方法について図10の各図を用いて説明する。
Incidentally,
In the case of following control including turning in the preceding vehicle, there are conventionally two control methods.
Hereinafter, this control method will be described with reference to FIGS.
(1)第1の制御方法
これは、追従車両の走行ベクトルを基準とするものである。
図10(a)は、第1の制御方法で、先行車両80が直進している場合を示している。
図に示したように、第1の制御方法では、追従車両1は、追従車両1の走行ベクトル(図中の追従車両代表点5を起点とする矢線)の方向に辺を有し、先行車両80の先行車両代表点2と、追従車両1の追従車両代表点5を対角とする矩形を設定すると共に、当該矩形の辺上で、先行車両代表点2から車間距離dの位置に目標点4を設定する。
そして、追従車両1は、目標点4に向けて移動するように走行を制御する。このため、追従車両代表点5が目標点4から外れると、追従車両1は、目標点4に戻るように制御されるため、追従車両1は、先行車両80の後方dの位置を追従走行する。
(1) First control method This is based on the travel vector of the following vehicle.
FIG. 10A shows a case where the preceding
As shown in the figure, in the first control method, the
Then, the following
図10(b)は、第1の制御方法で、先行車両80が旋回する場合を示している。
図に示したように、第1の制御方法を用いて旋回する場合、追従車両1は、追従車両の走行ベクトル(図中の追従車両代表点5を起点する矢線)を基準に目標点4を設定する。
このため、第1の制御方法では、追従車両1は、旋回時に先行車両80の軌跡より内側を走行することになる。
FIG. 10B shows a case where the preceding
As shown in the figure, in the case of turning using the first control method, the
For this reason, in the first control method, the following
(2)第2の制御方法
これは、先行車両の走行ベクトルを基準とするものである。
図10(c)は、第2の制御方法で、先行車両80が直進している場合を示している。
図に示したように、第2の制御方法では、追従車両1は、先行車両80の先行車両の走行ベクトル(図中の先行車両代表点2を起点とする矢線)を後方に車間距離dだけ延長した箇所に目標点4を設定する。
そして、追従車両1は、目標点4に向けて移動するように走行を制御する。このため、追従車両代表点5が目標点4から外れると、追従車両1は、目標点4に戻るように制御されるため、追従車両1は、先行車両80の後方dの位置を追従走行する。
(2) Second control method This is based on the travel vector of the preceding vehicle.
FIG. 10C shows a case where the preceding
As shown in the figure, in the second control method, the
Then, the following
図10(d)は、第2の制御方法で、先行車両80が旋回する場合を示している。
図に示したように、第2の制御方法を用いて旋回する場合、追従車両2は、先行車両80の走行ベクトルを基準に目標点4を設定する。
このため、第2の制御方法では、追従車両1は、旋回時に先行車両80の軌跡より外側を走行する場合がある。
FIG. 10D shows a case where the preceding
As shown in the figure, in the case of turning using the second control method, the
For this reason, in the second control method, the following
第1の制御方法では、追従車両の走行ベクトルを基準に目標点4を決定するため、走行距離が短くなるのでエネルギー消費が先行車両80より少ないと共に計算が単純であるという利点があるものの、旋回の内側に障害物がある場合に、これを回避することが困難であるという問題があった。
また、第2の制御方法では、先行車両80の走行ベクトルを基準に目標点4を決定するため、旋回時に追従車両1は必ず先行車両80の後ろに位置するという利点があるものの、旋回の外側に障害物がある場合、先行車両80の走行軌跡が外に膨らむため、障害物を回避するのが困難であるという問題があった。
更に、両制御方法とも、高速道路など、旋回半径が大きい場合、追従車両1は、先行車両80に良好に追従できるが、旋回半径が小さい場合、追従車両1の走行軌跡が不安定となる場合がある。
この問題点は、小型の車両で旋回能力の高い車両、例えば、特許文献1で提案されている倒立振り子車両(1軸2輪車両等)では特に顕著となる。
In the first control method, since the
In the second control method, since the
Furthermore, in both control methods, when the turning radius is large, such as on an expressway, the following
This problem is particularly noticeable in a small vehicle having a high turning ability, for example, an inverted pendulum vehicle (such as a single-shaft two-wheel vehicle) proposed in
そこで本発明は、車両が前後方向に追従走行する場合に、効率よく、安全に追従できるようにすることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to enable efficient and safe following when a vehicle follows and runs in the front-rear direction.
請求項1に記載の発明では、先行車両の後方に追従基準点を設定する追従基準点設定手段と、前記設定した追従基準点を用いて移動目標点を設定する移動目標点設定手段と、前記設定した移動目標点に向けて走行する走行制御手段と、前記先行車両から前記追従基準点までの距離を変化させる変化手段と、を具備したことを特徴とする車両を提供する。
請求項2に記載の発明では、進行方向に対して所定幅の範囲に存在する障害物を検出する障害物検出手段を具備し、前記変化手段は、前記障害物検出手段で、車両の旋回方向に障害物を検出した場合には前記距離を延長し、旋回方向と逆の方向に障害物を検出した場合には前記距離を短縮することを特徴とする請求項1に記載の車両を提供する。
請求項3に記載の発明では、前記障害物検出手段が障害物を検出した場合に、前記変化手段によって前記追従基準点の距離を変化させることで、前記所定幅の範囲に前記障害物が検出されない追従基準点を探索する探索手段を具備したことを特徴とする請求項2に記載の車両を提供する。
請求項4に記載の発明では、前記探索手段によって、前記所定幅の範囲に前記障害物が検出されない追従基準点が探索されなかった場合に車両の走行を停止する車両停止手段
を具備したことを特徴とする請求項3に記載の車両を提供する。
請求項5に記載の発明では、前記車両停止手段で車両の走行を停止した後に、前記先行車両に至る直線経路を検出する直線経路検出手段を具備し、前記検出した直線経路上から所定幅の範囲に障害物が検出されない場合に、前記先行車両に対する走行を再開することを特徴とする請求項4に記載の車両を提供する。
In the first aspect of the present invention, a tracking reference point setting unit that sets a tracking reference point behind a preceding vehicle, a moving target point setting unit that sets a moving target point using the set tracking reference point, There is provided a vehicle comprising travel control means for traveling toward a set movement target point, and change means for changing a distance from the preceding vehicle to the follow-up reference point.
According to a second aspect of the present invention, there is provided an obstacle detection means for detecting an obstacle existing within a range of a predetermined width with respect to the traveling direction, wherein the changing means is the obstacle detection means, and the turning direction of the
According to a third aspect of the present invention, when the obstacle detecting means detects an obstacle, the obstacle is detected within the range of the predetermined width by changing the distance of the tracking reference point by the changing means. The vehicle according to
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a vehicle stop means for stopping the vehicle when the search means does not search for a tracking reference point where the obstacle is not detected in the range of the predetermined width. A vehicle according to
According to a fifth aspect of the present invention, the vehicle stopping means includes linear path detecting means for detecting a straight path to the preceding vehicle after the vehicle stops running, and has a predetermined width from the detected straight path. The vehicle according to
本発明によれば、先行車両の後方に仮想ジョイントを設け、これを基準に追従する車両の目標点を設定することにより、効率よく、安全に追従することができる。 According to the present invention, by providing a virtual joint behind the preceding vehicle and setting a target point of the vehicle that follows this as a reference, it is possible to track efficiently and safely.
以下、本発明の車両における好適な実施の形態について、図1から図9を参照して詳細に説明する。
(1)実施形態の概要
従来例で説明したように、通常の前後方向の追従制御においては、追従車両(制御対象車両)の走行ベクトルを基準に追従目標点を定める方法(第1の制御方法)と、先行車両(制御対象車両の前方車両)の走行ベクトルを基準に追従目標点を定める方法(第2の制御方法)がある。
第1の制御方法では、第2の制御方法に比べて追従車両の走行は安定しており、エネルギー効率もよいが、旋回時に先行車両の軌跡の内側を走行するため、旋回の内側に存在する障害物を回避するのが困難である。
第2の制御方法では、先行車両の旋回半径が大きい場合、追従車両は良好に追従できるが、旋回半径が小さくなると、追従車両は、旋回初期に旋回逆側に操舵するなど、安定性が低下し、その際に旋回の外側に存在する障害物を回避するのが困難である。
そこで、本実施の形態では、第1の制御方法と第2の制御方法を用いた新たな制御方法を実現すると共に、第1の制御方法と第2の制御方法の中間の状態も含めて、その状態を動的に変更することで、複雑な演算を行うことなく、その時点で最良の追従走行を行なう。
Hereinafter, a preferred embodiment of a vehicle of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9.
(1) Outline of Embodiment As described in the conventional example, in normal front-rear tracking control, a method for determining a tracking target point based on a travel vector of a tracking vehicle (control target vehicle) (first control method) ) And a method (second control method) for determining a tracking target point based on a travel vector of a preceding vehicle (a vehicle ahead of the vehicle to be controlled).
In the first control method, the traveling of the following vehicle is more stable and energy efficient than the second control method. However, since the vehicle travels inside the trajectory of the preceding vehicle when turning, it exists inside the turn. It is difficult to avoid obstacles.
In the second control method, if the turning radius of the preceding vehicle is large, the following vehicle can follow well, but if the turning radius becomes small, the following vehicle steers to the opposite side of the turn at the beginning of turning, and the stability decreases. In this case, it is difficult to avoid obstacles existing outside the turn.
Therefore, in this embodiment, while realizing a new control method using the first control method and the second control method, including an intermediate state between the first control method and the second control method, By dynamically changing the state, the best follow-up traveling is performed at that time without performing complicated calculations.
(2)実施形態の詳細
本実施形態の車両は、通常の4輪車両に対しても適用が可能であるが、小型の車両で横方向の旋回自由度が高い車両に適用した場合に特に有効である。
そのため本実施形態では、特に小半径で旋回することが可能な倒立振り子車両(1軸2輪車両等)に適用した場合を例に説明することとする。なお、先行車両も倒立振り子車両を対象として説明するが、それ以外の4輪車両等であってもよい。
(2) Details of Embodiment The vehicle according to the present embodiment can be applied to a normal four-wheel vehicle, but is particularly effective when applied to a small vehicle having a high degree of lateral turning freedom. It is.
Therefore, in this embodiment, a case where the present invention is applied to an inverted pendulum vehicle (such as a single-shaft two-wheel vehicle) that can turn with a small radius will be described as an example. Although the preceding vehicle will be described as an inverted pendulum vehicle, other four-wheel vehicles may be used.
倒立振り子車両は、搭乗部の姿勢を感知し、その姿勢に応じて、駆動輪の駆動方向で前後方向のバランスを保持するように姿勢制御を行いながら走行するものである。その姿勢制御の方法としては、例えば、米国特許第6,302,230号明細書、特開昭63−35082号公報、特開2004−129435公報、特開2004−276727公報で開示された各種制御方法が使用可能である。 The inverted pendulum vehicle travels while sensing the posture of the riding section and performing posture control so as to maintain the balance in the front-rear direction in the driving direction of the drive wheels in accordance with the posture. As the attitude control method, for example, various controls disclosed in US Pat. No. 6,302,230, JP-A 63-35082, JP-A 2004-129435, and JP-A 2004-276727 are disclosed. The method can be used.
図1は、本実施形態の車両(追従車両)の追従制御に関連する構成を表したものである。
図1に示されるように、車両は、ECU(エレクトロニック・コントロール・ユニット)10と、レーザレーダ20、車速センサ30、ヨーレートセンサ40、無線通信装置50、駆動モータ60a、60bを備えている。
なお、図示しないが、駆動モータ60a、60b等に駆動用の電力を供給し、また、主制御装置ECU10に制御用の低電圧の電源を供給する、バッテリも備えている。
FIG. 1 shows a configuration related to the follow-up control of the vehicle (follow-up vehicle) of the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the vehicle includes an ECU (Electronic Control Unit) 10, a
Although not shown, a battery is also provided that supplies driving power to the
ECU10は、各種演算を行うCPU(Central Processing Unit)、図示しない各種プログラムやデータが格納されたROM、作業領域として使用されるRAM、外部記憶装置、インターフェイス部等を備えたコンピュータシステムで構成されている。
倒立振り子車両に適用されている本実施形態においては、その姿勢を保持する姿勢制御プログラム、操縦装置からの各種指示信号に基づいて走行を制御する走行制御プログラム、本実施形態における先行車両80に対する追従走行を行うための追従走行プログラム等の各種プログラムがROMに格納されており、ECU10は、これら各種プログラムを実行することで対応する処理を行う。
The
In the present embodiment applied to an inverted pendulum vehicle, a posture control program for maintaining the posture, a travel control program for controlling travel based on various instruction signals from the control device, and following the preceding
また、ECU10は、先行車両相対位置検出部11、追従制御部12、車両制御部13を備えており、先行車両80が旋回する場合を含め、先行車両80に対する追従制御を行うようになっている。
Further, the
先行車両相対位置検出部11は、レーザレーダ20で測定された先行車両80の位置と距離に基づいて、先行車両80の相対位置及び向きを検出し、追従制御部12に供給する。
なお、先行車両80から通信で車速及びヨーレートの情報を受信してもよい。
また、先行車両80から位置座標データを受信してデッドレコニングを行う場合には、自車両の絶対位置を検出するためにGPS等の現在位置検出装置を備えるようにしてもよい。
The preceding vehicle relative
Note that the vehicle speed and yaw rate information may be received from the preceding
Further, in the case of performing dead reckoning by receiving position coordinate data from the preceding
追従制御部12は、本実施形態における追従走行として、直進走行及び旋回時における制御指令値(前後方向指令値、左右方向指令値)を車両制御部13に供給する。
追従制御部12は、車速センサ30から車速、ヨーレートセンサ40からヨーレートを取得する。また、無線通信装置50で受信した先行車両80の目標指令値を取得する。無線通信装置50は、先行車両80や他の車両(追従車両を含む)との間で車車間通信によりデータの送受信を行うようになっている。
追従制御部12は、フィードバック制御とフィードフォワード制御による、前後方向の制御回路と左右方向の制御回路を備えている。
追従制御部12は、先行車両相対位置検出部11、車速センサ30、ヨーレートセンサ40、無線通信装置50からの各入力に基づいて、前後方向の制御回路による前後制御指令値(目標速度、又は目標加速度)と、左右方向の制御回路による左右制御指令値(目標回転角速度)を車両制御部13に供給する。
The follow-up
The follow-up
The follow-up
The follow-up
車両制御部13は駆動モータ60a、60bを制御する。
即ち、車両制御部13は、追従制御部12から供給される目標速度(又は目標加速度)となるように、駆動モータ60a、60bを制御する。具体的には、車両制御部13は、駆動モータ60a、60b用の速度(又は加速度、トルク)−電流マップを備えており、この速度−電流マップに従って、追従制御部12から供給される目標速度(又は目標加速度)に対応する電流を駆動モータ60a、60bに対して出力するように電流制御を行う。
The
That is, the
また、車両制御部13は、追従制御部12から供給される目標回転角速度(左右制御指令値)で車両が旋回するように、両駆動モータ60a、60bに対して異なる電流を出力して両駆動モータ60a、60bを差動させる。
In addition, the
なお、本実施の形態では、倒立振り子車両を対象に説明しているが、それ以外の車両、例えば、4輪車両等にも適用が可能であり、その場合には、車両1は操舵モータを備える。そして、車両制御部13は、追従制御部12から供給される目標回転角速度uに対応する送舵角となるように操舵モータを制御する。
In the present embodiment, an inverted pendulum vehicle has been described. However, the present invention can also be applied to other vehicles such as a four-wheel vehicle, and in this case, the
図2の各図は、本実施の形態による追従制御の概念を説明するための図である。
図2(a)に示したように、追従車両1は、先行車両80の後方に、仮想ジョイント3を設定する。
仮想ジョイント3は、先行車両代表点2から先行車両80の走行ベクトル(図中の先行車両代表点2を起点とする矢線)の逆方向で距離d1の点とする。
先行車両代表点2は、先行車両80の位置を代表する点であり、例えば、先行車両80の形状などから定義される。
仮想ジョイント3は、第2の制御方法における目標点に該当する点であり、追従車両1が目標点4を設定するための基準点となる。
仮想ジョイント3は、追従車両1が先行車両80を追従する際の追従基準点として機能しており、そのため、追従車両1は、先行車両の後方に追従基準点を設定する追従基準点設定手段を備えている。
Each diagram in FIG. 2 is a diagram for explaining the concept of follow-up control according to the present embodiment.
As shown in FIG. 2A, the following
The
The preceding vehicle
The
The virtual joint 3 functions as a follow-up reference point when the follow-up
更に、追従車両1は、仮想ジョイント3と追従車両代表点5を対角とし、追従車両1の走行ベクトル(図中の追従車両代表点5を起点とする矢線)の方向を辺とする矩形を設定し、追従車両1の進行方向と平行な辺のうち、追従車両代表点5に対して先行車両代表点2が位置する方の辺上に目標点4を設定する。仮想ジョイント3と目標点4の距離はd2とする。
追従車両代表点5は、追従車両1の位置を代表する点であり、例えば、追従車両1の形状などから定義される。
追従車両1は、図2(a)に示したように、追従車両代表点5と目標点4が一致しない場合には、目標点4と追従車両代表点5が一致するように(追従車両代表点5が目標点4に収束するように)追従車両1を目標点4に向けて移動する。
ここで、目標点4は、追従車両1を移動させる移動目評点として機能し、追従車両1は、目標点4に向けて走行するため、追従車両1は、追従基準点を用いて移動目標点を設定する移動目標点設定手段と、当該設定した移動目標点に向けて走行する走行制御手段を備えている。
Further, the following
The following vehicle
As shown in FIG. 2A, the following
Here, the
図2(b)は、追従車両1を目標点4に向けて移動したところを示しており、点線は移動前の追従車両1を表しており、実線は移動後の追従車両1を表している。実線で示した追従車両1では、追従車両代表点5と目標点4が一致している。
このように、追従車両1は、追従車両代表点5が目標点4から外れると、これを目標点4の位置に復帰させるように走行をフィードバック制御し、先行車両80と追従車両1は、あたかも、先行車両80側の仮想リンク(先行車両代表点2と仮想ジョイント3を結ぶ線分)と追従車両1側の仮想リンク(目標点4と仮想ジョイント3を結ぶ線分)が仮想ジョイント3で連結されたように走行する。
FIG. 2 (b) shows that the following
Thus, when the following vehicle
以上のように、追従車両1は、先行車両80の走行ベクトルから先行車両80側の仮想リンクを算出し、追従車両1の走行ベクトルから追従車両1側の仮想リンクを算出し、これら仮想的なリンクに従って先行車両80に追従する。
更に、追従車両1は、計算によってd1の長さを可変とし、仮想ジョイント3の位置を調整することにより、より細やかな追従制御を行う。
例えば、先行車両80が旋回する側に障害物が存在する場合には、仮想ジョイント3の位置を延長すればこれを回避することが可能となり、旋回の外側に障害物が存在する場合には、仮想ジョイント3の位置を短縮すればこれを回避することが可能となる。
以下では、先行車両80と追従車両1の間の追従距離Lをd1+d2で規定する。
本実施の形態では、0≦d1≦Lの範囲でd1を可変とするが、例えば、0≦d1<L/2など、他の制限を課してもよい。
このように、追従車両1は、先行車両80から追従基準点(仮想ジョイント3)までの距離を変化させる変化手段を備えている。
As described above, the following
Furthermore, the following
For example, if there is an obstacle on the side on which the preceding
Hereinafter, the following distance L between the preceding
In the present embodiment, d1 is variable in the range of 0 ≦ d1 ≦ L. However, other restrictions such as 0 ≦ d1 <L / 2 may be imposed.
Thus, the following
図3の各図は、仮想ジョイント3の位置を調整する例を説明するための図である。
これらの図は、追従車両代表点5が目標点4に収束した後を示しており、目標点4と追従車両代表点5が一致している。
Each drawing in FIG. 3 is a diagram for explaining an example of adjusting the position of the
These figures show after the following vehicle
通常、追従車両1は、図3(a)に示したように、d1=0で追従走行する。これは、先に説明した制御方式1と同様である。
そして、先行車両80が旋回する場合、追従車両1は、旋回方向に存在する障害物と接触しないようにd1を延長するフィードバック制御を行い、これと並行して、旋回方向の逆の方向に存在する障害物と接触しないようにd1を短縮するフィードバック制御を行う。
Normally, the following
When the preceding
まず、旋回方向の側に障害物が存在する場合の制御について説明する。
今、図3(a)に示したように、先行車両80が障害物100の先を右方向に旋回するものとする。
この場合、追従車両1は、旋回方向(先行車両80の進行方向)側の障害物100までの横距離dRを測定する。dRは、追従車両1の進行方向に対して垂直な方向の距離であり、追従車両1の走行ベクトルを含む線分と障害物100までの距離である。
dRの測定は、レーザレーダ20を用いて行われる。
First, the control when an obstacle exists on the side of the turning direction will be described.
Now, as shown in FIG. 3A, it is assumed that the preceding
In this case, the following
The measurement of dR is performed using the
dRを測定すると、追従車両1は、dRとw/2+αの大小関係を判断する。ここで、wは追従車両1の車幅を表し、αは追従車両1と障害物との間の余裕距離を表している。
dR<w/2+αの場合、追従車両1がこのまま直進すると、障害物100に接触する可能性があるため(計算上は、障害物100からαだけ離れた位置を通過する)、追従車両1は、図3(b)に示したように、dR≧w/2+αとなるまでd1を徐々に延長し、仮想ジョイント3の位置を先行車両80の後方に延ばす。
以上の処理は、d1を制御対象、dRを観測対象とするフィードバック制御である。
When dR is measured, the following
If dR <w / 2 + α, the following
The above processing is feedback control in which d1 is a control target and dR is an observation target.
ところで、追従車両1は、d1+d2=L(一定)となるようにd1を制御し、このためd1≦Lである。
そこで、d1=Lとしても条件式dR≧w/2+αが満たされない場合、追従車両1は、障害物100を回避できないと判断し、走行を停止して、その旨を先行車両80に通知する。
なお、以上の処理では、Lを一定として、d1を延長した分だけd2を短縮するように構成したが、これは一例であって、Lを可変とし、d2を一定のままd1を延長するように構成してもよいし、あるいは、d1を延長すると共にd2も延長するように構成してもよい。
Incidentally, the following
Therefore, when the conditional expression dR ≧ w / 2 + α is not satisfied even if d1 = L, the following
In the above processing, L is constant and d2 is shortened by the amount of extension of d1, but this is an example, and L is variable, and d1 is extended while d2 is constant. Alternatively, d1 may be extended and d2 may be extended.
追従車両1は、先行車両80の旋回方向の障害物100について以上の処理を行うのと並行して、旋回方向の逆の側に存在する障害物に対して以下のような処理を行う。
図4に示したように、追従車両1は、旋回の外側に存在する障害物101についてもdRと同様に障害物101までの横距離dLを測定する。
そして、追従車両1は、dL<w/2+αの場合、dL≧w/2+αとなるまでd1を徐々に短縮し、仮想ジョイント3の位置を先行車両80の方へ移動する。
そして、d1=0としても条件式dL≧w/2+αが満たされない場合、追従車両1は、障害物101を回避できないと判断して走行を停止し、その旨を先行車両80に通知する。
以上の処理は、d1を制御対象、dLを観測対象とするフィードバック制御である。
The following
As shown in FIG. 4, the following
When dL <w / 2 + α, the following
If the conditional expression dL ≧ w / 2 + α is not satisfied even when d1 = 0, the following
The above processing is feedback control in which d1 is a control target and dL is an observation target.
以上の処理によって、条件式d(R・L)≧w/2+αを満たすd1が探索できた場合、追従車両1は、障害物100と障害物101の何れとも接触しないで先行車両80に追従・旋回することができる。ここで、d(R・L)は、dR、又はdLを意味する。
そして、追従車両1は、旋回しながら上記の処理を繰り返し、旋回方向に障害物がない場合には、d1を0に戻していく。そして、d1=0に戻ったら、追従車両1は、通常の追従走行を行う。
When d1 satisfying the conditional expression d (R · L) ≧ w / 2 + α can be searched for by the above processing, the following
The following
また、条件式d(R・L)≧w/2+αを満たすd1を探索できずに停止した場合、追従車両1は、d1=0の条件で目標点4から前方の障害物の監視を続け、障害物の移動又は先行車の位置の変化により追従が可能になった場合は、先行車両80に通知し、追従を再開する。これは、後述する直結ルート(追従車両1から先行車両80に至る直線経路)の探索により行うことができる。
また、d(R・L)≧w/2+αを満たすd1を探索できなかった場合、障害物100と障害物101の中間を走行するように追従車両1を構成することもできる。
Further, when d1 satisfying the conditional expression d (R · L) ≧ w / 2 + α cannot be searched and stopped, the following
Further, if d1 satisfying d (R · L) ≧ w / 2 + α cannot be searched, the following
このように、追従車両1は、レーザレーダ20を用いて前方のw/2+αの範囲に障害物が存在する場合にこれを検出するため、進行方向の所定幅の範囲に存在する障害物を検出する障害物検出手段を備えている。
本実施の形態では、所定幅の範囲を、追従車両1を含み追従車両1の走行ベクトルの方向に伸びる前方の所定幅の領域としたが、この他に、例えば、目標点4(移動目標点)と仮想ジョイント3(追従基準点)を結ぶ線分から所定幅の範囲とするなど、他の形態も可能である。
Thus, the following
In the present embodiment, the range of the predetermined width is the area of the predetermined width ahead including the following
また、追従車両1は、追従車両1の旋回方向に障害物を検出した場合には先行車両代表点2と仮想ジョイント3の距離を延長し、旋回方向と逆の方向に障害物を検出した場合には当該距離を短縮する。
そして、追従車両1は、障害物を検出した場合に、障害物の監視領域である所定幅の範囲に障害物が検出されなくなるような先行車両80から追従基準点までの距離(先行車両代表点2から仮想ジョイント3までの距離d1)を探索する探索手段を備えている。
更に、追従車両1は、先行車両80から追従基準点までの距離(障害物が検出されなくなるd1)が探索されなかった場合に車両の走行を停止する車両停止手段を備えている。
加えて、追従車両1は、停止した後、前記先行車両に至る直線経路(直結ルート)を検出する直線経路検出手段を備え、検出した直線経路上から所定幅の範囲に障害物が検出されない場合に、先行車両80に対する走行を再開する。
Further, when the following
When the following
Furthermore, the following
In addition, the following
以上の追従制御により、次のような効果を得ることができる。
まず、周辺に障害物がない場合、先行車両80の経路にかかわらず、追従車両1はその時点で最適な経路を走行するため(制御方式1の効果)、使用するエネルギーを最小とすることができる。
また、周辺に障害物がある場合でも、先行車両80の経路をたどることなく、最小コストで障害物との接触を回避しながら、先行車両80に追従することができる。
更に、フィードバック制御でd1を調整することにより、障害物との接触の可能性の大きさにあわせて追従車両1の走行を調整することができる。
The following effects can be obtained by the above tracking control.
First, when there are no obstacles in the vicinity, regardless of the route of the preceding
Further, even when there are obstacles in the vicinity, it is possible to follow the preceding
Furthermore, by adjusting d1 by feedback control, the traveling of the following
次に、図5のフローチャートを用いて、追従車両1が行う追従処理の手順について説明する。
以下の処理は、ECU10のCPUが所定のプログラムに従って、計算などの情報処理や、車両各部の制御を行うものである。
Next, the procedure of the tracking process performed by the tracking
In the following processing, the CPU of the
追従車両1は、先行車両80との通信、あるいは、レーザレーダ20からの検出値などを用いて、先行車両80の旋回を検知すると、W=w/2+αとして、変数Wを設定し(ステップ5)、d1=0、d2=Lとして、変数d1、d2を設定する(ステップ10)。
次に、追従車両1は、目標点4を算出し、目標点4に収束する追従制御を行う(ステップ15)。
When the following
Next, the tracking
次に、追従車両1は、レーザレーダ20を駆動して前方の障害物を探索し、レーザレーダ20の値を解析してdR、dLを検出する(ステップ20)。
次に、追従車両1は、先行車両80が何れの方向に旋回するか判断し、旋回方向の障害物の横距離d(R・L)(右旋回ならdR、左旋回ならdL)がd(R・L)>Wを満たしているか否か判断する(ステップ25)。
d(R・L)>Wを満たしている場合(ステップ25;Y)、追従車両1は、フラグeをe=0に設定し(ステップ30)、旋回方向と逆方向の障害物の横距離d(L・R)(右旋回ならdL、左旋回ならdR)がd(L・R)>Wを満たしているか否かを判断する(ステップ35)。フラグeは、旋回方向の障害物について処理の有無を表すフラグであり、処理した場合は1、処理していない場合は0となる。そして、追従車両1は、ステップ35に移行する。ステップ35については後述する。
Next, the following
Next, the following
When d (R · L)> W is satisfied (
一方、ステップ25で、d(R・L)>Wでなかった場合(ステップ25;N)、旋回方向の障害物に接触する可能性があるため、追従車両1は、フラグeをe=1に設定し(ステップ55)、d1=d1+bとして、d1をbだけ延長すると共に、d2=L−d1として、追従距離Lを一定に保つ(ステップ60)。bは、d1を徐々に延長・短縮する際の長さである。
そして、追従車両1は、d1≦L、即ち、d1を繰り返し延長した結果Lに達したか否かを確認する(ステップ65)。
On the other hand, if d (R · L)> W is not satisfied in step 25 (
Then, the following
d1≦Lを満たさない場合(ステップ65;N)、即ち、d1=Lの場合、これ以上d1を延長して旋回方向の障害物との接触を回避することは困難であるため、追従車両1は、走行を停止してその旨を先行車両80に通知する(ステップ70)。
そして、追従車両1は、その場に停車して旋回し、先行車両80に至る直結ルートを探索する(ステップ75)。
When d1 ≦ L is not satisfied (
Then, the following
直結ルートが探索できた場合(ステップ80;Y)、追従車両1は、先行車両80に対する追従走行を再開し、その旨を先行車両80に通知して、ステップ5に戻る。
直結ルートが探索でなかった場合(ステップ80;N)、追従車両1は、ステップ75を繰り返す。
一方、ステップ65でd1≦Lであった場合(ステップ65;Y)、旋回方向の障害物との接触は回避できるため、追従車両1は、ステップ35に移行して、旋回方向と逆方向に存在する障害物に対する確認を行う(ステップ35)。
When the directly connected route can be searched (
If the directly connected route is not a search (
On the other hand, if d1 ≦ L in step 65 (
追従車両1は、ステップ35において、d(L・R)>Wを満たしているか否かを判断し、d(L・R)>Wを満たしている場合(ステップ35;Y)、e=0であるか否かを判断する(ステップ90)。
e=0でない場合(ステップ90;N)、追従車両1は、ステップ15に戻り、e=0の場合(ステップ90;Y)、追従車両1は、更にd1>であるか否かを判断する(ステップ93)。
d1>0でない場合(ステップ90;N)、追従車両1は、ステップ15に戻り、d1>0の場合(ステップ90;Y)、追従車両1は、d1をd1−bとし、d2をL−d1とする(ステップ97)。
このように、ステップ90でe=0であるか否かを判断するのは、e=0でもd1が正の場合があり、d1が正の場合、d1を0に戻すようにフィードバック制御するためである。
このような場合は、例えば、障害物を避けきった直後、反対に障害物がない場合に生じることがある。
また、旋回方向の障害物をよけきれるぎりぎりの場合には、追従車両1は、ステップ25においてYとNを制御周期ごとに繰り返すことになる。
In
If e = 0 is not satisfied (
If d1> 0 is not satisfied (
In this way, it is determined whether or not e = 0 in
Such a case may occur, for example, immediately after avoiding an obstacle and on the contrary when there is no obstacle.
Further, in the case where the obstacle in the turning direction is avoided, the following
ステップ35で、d(L・R)>Wを満たしていない場合(ステップ35;N)、追従車両1は、フラグeがe=0であるか否かを確認する(ステップ40)。
e=0でない場合(ステップ40;N)、即ち、e=1である場合、追従車両1は、ステップ55〜65を行って、障害物との接触を回避する最小のd1を設定しているため、これ以上d1を短縮することはできない。そのため、この場合には、追従車両1は、処理をステップ70に移行し、走行停止(ステップ70)、直結ルートの探索(ステップ75)などを行う。
In
If e = 0 is not satisfied (
一方、フラグeがe=0である場合(ステップ40;Y)、d1を短縮できる可能性がある。
そこで、追従車両1は、d1がd1>0を満たしているか否かを判断する(ステップ45)。
d1>0でない場合(ステップ45;N)、即ち、d1=0である場合、d1を短縮することはできないため、追従車両1は、ステップ70の処理に移行する。
一方、d1>0である場合、d1を短縮できる余地があるため、追従車両1は、d1=d1−bとして、d1をbだけ短縮すると共に、d2=L−d1として、追従距離Lを一定に保ち(ステップ50)、ステップ15の追従制御に戻る。
On the other hand, when the flag e is e = 0 (
Therefore, the following
If d1> 0 is not satisfied (
On the other hand, when d1> 0, there is room for shortening d1, so that the following
上で用いたbは適当に設定することができるが、本実施の形態では、一例として次のようにしてbを設定した。
例えば、追従車両1の進行方向に対して右側に存在する障害物に対しては、まず、dRの時間微分の絶対値を計算する。これは、Δd=(|dR(n)−dR(n−1)|)/Δtによって近似的に計算することができる。ここで、ΔtはdR(n)のサンプリング周期である。
また、Δtは一定であるため、Δd=(|dR(n)−dR(n−1)|)を時間微分として用いてもよい。
Although b used above can be set appropriately, in this embodiment, b is set as follows as an example.
For example, for an obstacle present on the right side with respect to the traveling direction of the following
Further, since Δt is constant, Δd = (| dR (n) −dR (n−1) |) may be used as a time derivative.
次に、追従車両1は、このΔdを用いて、b=Δd/sin(θ)+βによりbを算出する。
ここで、θは、追従車両1の走行ベクトルと障害物の成す相対角(即ち、追従車両1の走行ベクトルと追従車両1から見た障害物の存在する方向の成す角度)であり、βは適当な定数である。
追従車両1は、dLに関しても同様にしてbを計算する。
このようにbを定義すると、追従車両1と障害物の横距離の変化率が小さい場合でも最低βのフィードバックゲインを確保することができる。
そして、障害物と接触する可能性が大きい場合には、bを大きく設定し、可能性が小さい場合にはbを小さく設定することができる。
Next, the following
Here, θ is a relative angle formed by the traveling vector of the following
The following
If b is defined in this way, a feedback gain of at least β can be ensured even when the rate of change in the lateral distance between the following
When the possibility of contact with an obstacle is large, b can be set large, and when the possibility is small, b can be set small.
図6は、ステップ15(図5)の追従制御の手順を説明するためのフローチャートである。
まず、追従車両1は、例えば、先行車両80から先行車両代表点2の位置を送信してもらったり、あるいは、レーザレーダ20の検出値を解析するなどして、追従車両1に対する先行車両80の相対位置(先行車両代表点2の相対位置)を検出する(ステップ100)。
FIG. 6 is a flowchart for explaining the follow-up control procedure in step 15 (FIG. 5).
First, the following
次に、追従車両1は、先行車両80の相対角、即ち、先行車両80の走行ベクトルと追従車両1の走行ベクトルの成す角度を取得する(ステップ105)。
これは、例えば、レーザレーダ20によって先行車両80を検知してこれを解析することにより検出したり、あるいは、先行車両80から走行ベクトルを通知してもらうなどして得ることができる。
Next, the following
This can be detected, for example, by detecting the preceding
次に、追従車両1は、先行車両代表点2から、先行車両80の走行ベクトルと逆方向の距離d1の位置に仮想ジョイント3を設定し、仮想ジョイント3と追従車両代表点5を対角とする矩形を設定し、矩形状の返上で仮想ジョイント3から距離d2の位置に存在する目標点4の座標値を算出する(ステップ110)。
次に、追従車両1は、算出した目標点4に追従車両代表点5が一致するように追従車両1を移動させることにより、目標点収束制御を行う(ステップ115)。
Next, the following
Next, the following
図7は、ステップ75(図5)の直結ルート探索処理の手順を説明するためのフローチャートである。
まず、追従車両1は、走行を停止した後、d1をd1=0に設定し、d2をd2=Lに設定する(ステップ150)。これは、通常での追従走行と同じパラメーター設定である。
次に、追従車両1は、停車しているその場で自転するように旋回して先行車両80を、例えば、デッドレコニングなどを用いて追尾する(ステップ155)。
ここで、デッドレコニングを用いるのは、レーザレーダ20では障害物が存在すると追尾できない可能性があるからである。
FIG. 7 is a flowchart for explaining the procedure of the direct route search process in step 75 (FIG. 5).
First, following
Next, the following
Here, the reason why dead reckoning is used is that the
そして、追従車両1から先行車両80に至る直線経路上に、レーザレーダ20によって障害物が検出された場合(ステップ160;Y)、追従車両1は、先行車両80に至る直結ルートはないと判断し(ステップ165)、障害物が検出されなかった場合(ステップ160;N)、追従車両1は、直結ルートがあると判断する(ステップ170)。
When an obstacle is detected by the
図8は、追従車両1が前方をレーザレーダ20で監視する方法を説明するための図である。
追従車両1は、レーザレーダ20からレーザビームを水平方向にスキャンすることにより、幅2W+γ(γは定数)の前方監視エリアを監視する。
追従車両1は、先行車両代表点2の相対位置を、デッドレコニング、及びレーザレーダ20によるパターン認識により特定することができる。先行車両80との通信により、先行車両80の現在位置や走行ベクトルなどを通知してもらい、これらを利用してもよい。
FIG. 8 is a diagram for explaining a method in which the following
The following
The following
また、追従車両1は、先行車両80の相対角、先行車両80までの距離、及び既知の先行車両80の外形により、先行車両80を認識し、先行車両80以外の物体、即ち、障害物100や障害物101を障害物であると認識することができる。
そして、追従車両1は、障害物100の相対角r(θb)と障害物100までの距離からdRを計算することができ、同様に、障害物101とのdLを計算することができる。
The following
The following
図9は、追従車両1が直結ルートをレーザレーダ20で探索する方法を説明するための図である。
レーザレーダ20は、車両前方の、進行方向に向かって右端に設置されている。
θmをレーザレーダ20でスキャンしているレーザビームの照射角とし、θmの方向に存在する障害物までの距離をr(θm)とする。
図9では、一例として、レーザビームの照射角がθm=θa、θm=θbの場合を図示している。
追従車両1は、直結ルート探索時には、幅Wcの前方エリアを監視する。
そして、r(θm)cos(θm)>Wcである場合、θmの方向に存在する物体は監視エリアWcの外側に存在するため、直結ルート上に存在する物体までの距離d(θm)はd(θm)=∞、即ち、障害物は存在しないと見なすことができる。
FIG. 9 is a diagram for explaining a method in which the following
The
θm is an irradiation angle of the laser beam scanned by the
In FIG. 9, as an example, a case where the irradiation angle of the laser beam is θm = θa and θm = θb is illustrated.
The following
When r (θm) cos (θm)> Wc, since the object existing in the direction of θm exists outside the monitoring area Wc, the distance d (θm) to the object existing on the direct connection route is d (Θm) = ∞, that is, it can be considered that there is no obstacle.
一方、r(θm)cos(θm)≦Wcである場合、物体までの距離は、d(θm)=r(θm)sin(θm)となる。
ここで、d(θm)の最小値をD=min(d(θm))とおき、レーザレーダ20で計測した前方の物体までの距離をD_LRFとすると、D_LRF=D+dR+dFとなる。
ここで、dRは、先行車両80の車両対角線の1/2である。先行車両80の相対角θrelにかかわらず、最も追従車両1に接近する可能性のある値を使用した。また、dFは追従車両代表点5から追従車両1の前端までの距離である。
On the other hand, when r (θm) cos (θm) ≦ Wc, the distance to the object is d (θm) = r (θm) sin (θm).
Here, assuming that the minimum value of d (θm) is D = min (d (θm)) and the distance to the front object measured by the
Here, dR is ½ of the vehicle diagonal of the preceding
一方、先行車両認識での前後方向車間距離をD_LLとすると、追従車両1は、D_LL>D_LRFの場合、障害物101があると判断し、D_LL≦D_LRFの場合、障害物101がないと判断する。
そして、追従車両1は、θdir=0となるようにその場における旋回のフィードバック制御を行い、θdir=0で、D_LL≦D_LRFの場合、直結ルートがあると判断する。
On the other hand, when the front-rear direction inter-vehicle distance in the preceding vehicle recognition is D_LL, the following
Then, the following
以上に述べたように、追従車両1は、通常は(即ち、障害物が存在しない場合など)、第1の制御方法により先行車両80に追従し、走行に要するエネルギーを節約することができ、必要に応じて仮想ジョイント3を先行車両80の後方に移動させることにより、障害物を回避し、安定した走行を行うことができる。
As described above, the following
1 追従車両
2 先行車両代表点
3 仮想ジョイント
4 目標点
5 追従車両代表点
10 ECU
11 先行車両相対位置検出部
12 追従制御部
13 車両制御部
20 レーザレーダ
30 車速センサ
40 ヨーレートセンサ
50 無線通信装置
60a 駆動モータa
60b 駆動モータb
80 先行車両
100 障害物
101 障害物
1 following
DESCRIPTION OF
60b Drive motor b
80 Leading
Claims (5)
前記設定した追従基準点を用いて移動目標点を設定する移動目標点設定手段と、
前記設定した移動目標点に向けて走行する走行制御手段と、
前記先行車両から前記追従基準点までの距離を変化させる変化手段と、
を具備したことを特徴とする車両。 Tracking reference point setting means for setting a tracking reference point behind the preceding vehicle;
A moving target point setting means for setting a moving target point using the set tracking reference point;
Traveling control means for traveling toward the set movement target point;
Change means for changing a distance from the preceding vehicle to the tracking reference point;
A vehicle characterized by comprising:
前記変化手段は、前記障害物検出手段で、車両の旋回方向に障害物を検出した場合には前記距離を延長し、旋回方向と逆の方向に障害物を検出した場合には前記距離を短縮することを特徴とする請求項1に記載の車両。 Comprising obstacle detection means for detecting an obstacle present in a range of a predetermined width with respect to the traveling direction;
The changing means extends the distance when the obstacle detecting means detects an obstacle in the turning direction of the vehicle, and shortens the distance when detecting the obstacle in a direction opposite to the turning direction. The vehicle according to claim 1.
を具備したことを特徴とする請求項3に記載の車両。 4. The vehicle stop unit according to claim 3, further comprising a vehicle stop unit that stops traveling of the vehicle when the search unit does not search a tracking reference point where the obstacle is not detected within the range of the predetermined width. vehicle.
前記検出した直線経路上から所定幅の範囲に障害物が検出されない場合に、前記先行車両に対する走行を再開することを特徴とする請求項4に記載の車両。 A straight path detecting means for detecting a straight path leading to the preceding vehicle after the vehicle stop means stops running of the vehicle;
The vehicle according to claim 4, wherein when an obstacle is not detected within a predetermined width range from the detected straight route, the vehicle resumes traveling with respect to the preceding vehicle.
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