JP2017111771A - 自律走行車両、自律走行システム及び自律走行車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自律走行制御における制御特性を悪化させることなく、凹凸のある路面を走行する際にも制御安定性を保つ自律走行車両を提供すること。【解決手段】自律走行車両１を、自律走行を行うよう車両を制御する車両制御部６１と、前記車両の前方の地形の少なくとも高さを計測する地高計測部と、前記地高計測部により計測された計測結果を蓄積し記憶する記憶部７と、記憶部７に記憶された地形に基いて、車両制御部６１の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する制御変更部６４と、を有するものとする。【選択図】図３

Description

本発明は、自律走行車両、自律走行システム及び自律走行車両の制御方法に関する。

省力化・省人化や、人体にとって過酷な環境下での作業を可能とするべく、無人にて自律的に走行する車両が研究されている。自律走行車両が必要となる局面には種々のものがあるが、例えば果樹園等の圃場内を走行する農作業車のように、自律走行車両が凹凸のある未舗装を走行する場合も想定され得る。

特許文献１には、車体の走行位置を認識するＧＰＳ受信装置を備え、認識した圃場領域内を認識した経路で走行する自律走行手段を設けた農業用作業車が記載されている。

特許文献２には、車両に搭載したプレビューセンサの検出値に基いて路面凹凸にのみ応じた路面推定値を求め、路面推定値と補正制御ゲインから算出した各輪の予見制御値に基いて求めた予見制御力により、車両の前後輪のアクティブサスペンションのアクチュエータを制御するサスペンション予見制御装置が記載されている。

特開２００２−１８６３０９号公報 特開平８−４００３６号公報

路面に凹凸がある場合、車両がかかる凹凸を乗り越える際に姿勢が大きく変化して大きな外乱を受け、その自律走行制御が不安定となりやすい。一般に外乱に対して制御系を安定化させるための制御としてロバスト制御が知られているが、路面の凹凸による大きな外乱に対して安定となる制御器を設計すると、制御が保守的となり、制御入力に対する応答が遅くなったり、追従精度が低下したりするなど実用性に問題を生じる可能性がある。

特許文献２に記載の技術は路面の凹凸に対する抵抗を付与するものではあるが、全ての装輪にアクティブサスペンションを設け、その制御器を設置する必要があり、コスト高を招来するものである。

本発明はかかる観点に鑑みてなされたものであり、その目的は、自律走行制御における制御特性を悪化させることなく、凹凸のある路面を走行する際にも制御安定性を保つ自律走行車両を提供することである。

本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。

（１）自律走行を行うよう車両を制御する車両制御部と、前記車両の前方の地形の少なくとも高さを計測する地高計測部と、前記地高計測部により計測された計測結果を蓄積し記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された地形に基いて、前記車両制御部の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する制御変更部と、を有する自律走行車両。

（２）（１）において、前記制御変更部は、前記記憶部に記憶された地形の分散に応じて前記車両制御部の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する自律走行車両。

（３）（１）又は（２）において、前記制御変更部は、前記記憶部に記憶された地形が凹形状である場合に、前記車両の出力の減少及び操舵角ゲインの減少の少なくともいずれかをもたらすように前記車両制御部の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する自律走行車両。

（４）（３）において、前記制御変更部は、前記車両の前輪が前記凹形状に到達するより以前に前記車両制御部の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する自律走行車両。

（５）（３）において、前記制御変更部は、前記記憶部に記憶された地形が凹形状である場合に、前記車両の前輪が前記凹形状に到達する以前に前記車両の出力及び操舵角ゲインの少なくともいずれかを減少させ、前記車両の前輪が前記凹形状に到達後は当該車両の出力又は操舵角ゲインを増加させる自律走行車両。

（６）（１）〜（５）のいずれかにおいて、前記制御変更部は、前記記憶部に記憶された地形が凸形状である場合に、前記車両の出力の増加及び操舵角ゲインの増加の少なくともいずれかをもたらすように前記車両制御部の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する自律走行車両。

（７）（６）において、前記制御変更部は、前記車両の少なくとも前輪が前記凸形状に到達するより以前に前記車両制御部の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する自律走行車両。

（８）（６）において、前記制御変更部は、前記記憶部に記憶された地形が凸形状である場合に、前記車両の前輪が前記凸形状に到達する以前に前記車両の出力及び操舵角ゲインの少なくともいずれかを減少させ、前記車両の前輪が前記凸形状に到達後は当該車両の出力又は操舵角ゲインを増加させる自律走行車両。

（９）（１）〜（８）のいずれかにおいて、さらに、前記車両の少なくともピッチ角を検出する姿勢検出部を有し、前記地高計測部は、前記姿勢検出部により検出されたピッチ角による補正を行い地形の高さを計測する自律走行車両。

（１０）自律走行を行うよう車両を制御する車両制御部と、前記車両の前方の地形の少なくとも高さを計測する地高計測部を備えた車両と、前記地高計測部により計測された計測結果を蓄積し記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された地形に基いて、前記車両制御部の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する制御変更部と、を有する車両の自律走行システム。

（１１）自律走行を行うよう車両を制御するステップと、前記車両の前方の地形の少なくとも高さを計測するステップと、前記車両の前方の地形の少なくとも高さについて計測された計測結果を蓄積し記憶するステップと、記憶された地形に基いて、前記車両を制御する際の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更するステップと、を有する自律走行車両の制御方法。

上記本発明によれば、自律走行制御における制御特性を悪化させることなく、凹凸のある路面を走行する際にも制御安定性を保つ自律走行車両が提供される。

本発明の一実施形態に係る自律走行車両の外観図である。 自律走行車両の構成を示す模式図である。 自律走行車両の機能的構成を示す機能ブロック図である。 自律走行車両がその前方の地形を計測している状態を示す模式図である。 制御変更部が実行する制御のアルゴリズムを示すフロー図である。 自律走行車両がピッチ方向に傾斜している際にその前方の地形を計測している状態を示す模式図である。 本発明の実施形態の変形例に係る制御変更部が実行する制御のアルゴリズムを示すフロー図である。

以下に、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る自律走行車両１の外観図である。本発明における自律走行車両とは、自動運転として、あらかじめ設定した経路又は自動生成した経路上をあらかじめ与えられ、又は自動生成された速度プロファイルに追従するように自律走行を行う車両を指している。したがって、自律走行車両１がそれ以外の走行時、例えば自動運転の状態にない場合の有人／無人運転の別は問わない。また、図１に示した自律走行車両１は４輪自動車であるが、装輪数は３輪であっても、４輪であっても、或いは６輪以上の多装輪であっても、無限軌道車であってもよい。さらに、以降説明する本実施形態における自律走行車両１の制御は不整地走行に特に適したものであるため、自律走行車両１は不整地走行に適したＡＴＶ（Ａｌｌ Ｔｅｒｒａｉｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ）を改修したものとして示しているが、自律走行車両１が舗装面等の整地を走行しても差し支えない。

本実施形態では、自律走行車両１は、果樹園等の農園を走行しつつ、果樹等の作物に対して農薬等の薬液を散布する農業用車両として示されており、車両本体２の後部に農薬散布用のスプレーノズル３と、薬液を貯蔵するタンクが装備されている。しかしながら、これは単に自律走行車両１の実用上の役割の一例を示すものであり、自律走行車両１は農業用車両に限定されない。車両本体２は、作業者による有人運転と、後述するコントローラ６による無人運転の両方が可能であり、作業者による操作または指示により有人／無人運転が切り替えられる。

また、自律走行車両１には、車両の前方の地形、特に、高さを計測する地形計測部として、ＬＲＦ（レーザレンジファインダ）５が設けられている。ＬＲＦ５は、図示のように、車両の前方の地形の高さを計測できるよう、前方斜め下向きに側距レーザを照射するよう、車両の前面に傾けて設置される。地形計測部として用いるセンサの種類や数に特に限定はないが、少なくとも車両の各装輪が辿ると予測される、車両前方のある範囲の地形の高さを計測できることが望ましい。本実施形態では、ＬＲＦ５の測定範囲は車幅方向に９０°以上あり、車両の幅方向の長さ全体について、その前方の地形の高さが計測できるようになっており、当然に全ての車輪の前方の地形の高さが計測可能となっている。

なお、本実施形態では、コントローラ６は車両本体２に搭載されているものとして以降の説明を行うが、コントローラ６を車両本体の外部に設置し、無線通信により車両本体２の制御を行うものとしてもよい。かかる場合には、コントローラ６と、車両本体２を含む車両の自律制御システムとして本発明が把握され得ることとなる。無線通信は、例えば、車両本体２に設けられたアンテナ４を用いて行われる。

図２は、自律走行車両１の構成を示す模式図である。自律走行車両１の車両本体２は、前輪である操舵輪２１と、操舵輪２１の操舵角を変更するためのステアリングアクチュエータ２２、後輪である駆動輪２３に回転駆動力を与えるエンジン又は電動機である駆動力源２４を備えており、ステアリングアクチュエータ２２と駆動力源２４を情報処理装置であるコントローラ６により電子的に制御するようになっている。なお、図示のものでは駆動力源２４は単一のものとして示しているが、駆動力源２４として内燃機関と電動機を併設するいわゆるハイブリッドシステムを用いてもよいし、電動機を駆動輪２３内に設置するいわゆるインホイールモータとしてもよい。

操作部２５は、自律走行車両１を有人運転する際の各種操作用部材であり、具体的には、ハンドルや、アクセル／ブレーキ等のペダル、各種スイッチ類である。本実施形態では、自律走行車両１は、搭乗員による有人運転を行う場合には、この操作部２５に入力された操作量がコントローラ６に伝えられ、その操作量に応じてステアリングアクチュエータ２２や駆動力源２４が駆動されるようになっている。これに対し、自律走行車両１が無人運転となっている場合には、操作部２５からの入力は自律走行車両１の走行には反映されない。自律走行車両１の有人運転／無人運転の切り替えは、この操作部２５に設けられた適宜のスイッチ、例えば、キースイッチのポジションを変更することにより行われてよい。

インタフェース２６は、コントローラ６に対し、自律走行車両１を無人運転する際に必要となる各種情報を入力するためのマンマシンインタフェースである。このインタフェース２６の形式は特に限定されず、どのようなものであってもよい。例えば、無線又は有線により通信可能に接続された任意のコンピュータ又はティーチングペンダント等の操作ボックスをインタフェース２６として用いてよい。あるいは、自律走行車両１の適宜の場所、例えば運転席にタッチパネル式ディスプレイ等の入力デバイスを設け、かかる入力デバイスをインタフェース２６としてもよい。いずれにせよ、オペレータは、インタフェース２６を用いて、自律走行車両１を自動走行させる際に必要となるパラメータや地図等の必要な情報をコントローラ６に入力する。

記憶部７は、情報記憶であり、好ましくは不揮発性のメモリである。そして、記憶部７には、自律走行車両１が自律走行を行う際に必要となるパラメータや、地図、さらにＬＲＦ５により計測された、ある一定期間以上（本実施形態では、例えば数百ミリ秒〜数秒間分）の地形等の情報が記憶される。コントローラ６は、記憶部７に適宜アクセスし、必要な情報を参照する。

また、自己位置推定部８は、車両の現在位置と姿勢（方位角）を推定し、コントローラ６に通知する。自己位置推定部８は、適宜の位置計測システム、例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）やＬＰＳ（Ｌｏｃａｌ Ｐｏｓｉｓｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＩＮＳ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ等のいずれかまたは複数を用いてよい。

さらに、コントローラ６からは、適宜、スプレーノズル３に対し、噴霧の有無を制御する信号が送られ、スプレーノズル３は、コントローラ６からの指示に従って噴霧を行う。

以上の構成により、自律走行車両１はコントローラ６により制御され、自律走行を行う。ここで、コントローラ６は、物理的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）とメモリ等からなるコンピュータであっても、いわゆるマイクロコントローラや、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等であってもよく、任意の情報処理装置を使用してよい。また、コントローラ６は単一の部品により構成しても、複数の部品を結合させて構成してもよい。自律走行車両１におけるステアリングアクチュエータ２２に対する制御、すなわち、操舵角制御と、駆動力源２４に対する制御、すなわち、速度制御の２つの制御は、コントローラ６による情報処理により行われる。

操舵角制御は、前述したように、あらかじめ設定した経路又は自動生成した経路を追従するよう操舵輪２１を駆動する制御である。本実施形態では、自己位置推定部８により推定された自律走行車両１の現在位置及び姿勢と、追従すべき経路上を走行する仮想的な車両の位置及び姿勢との位置及び姿勢差を解消するよう制御入力を与えることにより、操舵輪２１の操舵角が制御され、自律走行車両１が追従すべき経路上を走行するというものである。この制御は、古典的なＰＩＤ制御等の制御手法によってもよいし、その他の制御手法、例えば、Ｈ∞制御等の制御手法によってもよい。操舵角制御における制御の鋭敏性、すなわち、自律走行車両１の推定された現在位置及び姿勢と追従すべき車両位置及び姿勢との誤差に対する制御出力の大きさは、パラメータである操舵角ゲインに反映される。操舵角ゲインは、記憶部７に記憶される。

速度制御は、あらかじめ与えられ、又は自動生成された速度プロファイルに車両速度を追従させるよう駆動力源２４を駆動する制御であり、自律走行車両１の現在速度が追従すべき速度に合致するようにするというものである。速度プロファイルは、一定速度であってもよいし、追従すべき経路に応じて、例えば曲率に応じて定めても、自律走行車両１の作業内容に応じて定めてもよい。作業内容に応じる場合とは、例えば、本実施形態のように自律走行車両１が果樹等の作物に対して農薬等の薬液を散布する農業用車両である場合には、スプレーノズル３による薬液の噴霧中は、作物への噴霧量が規定量となるよう定められた速度で走行し、そうでない場合は作業効率向上のためできる限り高速で走行するなどが考えられる。この制御もまた古典的な制御手法によっても、Ｈ∞制御等の他の制御手法によってもよい。速度制御における制御の鋭敏性はパラメータである速度ゲインに反映される。速度ゲインもまた、記憶部７に記憶される。

図３は、自律走行車両１の機能的構成を示す機能ブロック図である。コントローラ６内には、自律走行車両１を設定された走行経路に追従して走行するよう制御する車両制御部６１が含まれる。本実施形態では、車両制御部６１には、操舵角制御を行う操舵角制御部６２と速度制御を行う速度制御部６３の２つの制御部が含まれており、操舵角制御部６２は、自己位置推定部８により推定された車両の現在位置及び姿勢、現在の操舵角θ及び制御入力ｕの入力を受けてステアリングアクチュエータ２２への制御出力を行う部分である。また、速度制御部６３は、現在の車両速度ｖ及び制御入力ｕの入力を受けて駆動力源２４への制御出力を行う部分である。操舵角制御部６２及び速度制御部６３のいずれか又は両方は、後述する制御変更部６４からの入力により、使用するパラメータ及び制御入力のいずれかまたは両方が変更される。

以上説明したコントローラ６内部の機能ブロックは、必ずしもこれらブロックが物理的に存在している必要はなく、コントローラ６上で実行されるソフトウェアにより機能的に実現されるものである。したがって、コントローラ６上で実行されるソフトウェアを記述するプログラムにおいても、これらブロックが必ずしも明確に分離できるとは限らない。

続いて、ＬＲＦ５による地高計測と、それにより記憶部７に蓄積される地形を図４を参照して説明する。図４は自律走行車両１がその前方の地形を計測している状態を示す模式図である。自律走行車両１が図中右方向に向かって走行している際に、太線で示した地表面の前方に窪みＰが存在する場合を考える。座標として、ＬＲＦ５原点を０として車両前方への距離をｘ軸とし、自律走行車両１が水平面上にあるとした時の地面高さを０としたときの垂直方向の高さをｙ軸とする。また、ＬＲＦ５の設置高さをｈ、水平面に対するＬＲＦ５の取り付け角度をφとする。

このとき、ＬＲＦ５により、角度φ方向における斜め前方の地面までの距離ｒが測定される。このとき、ｘ座標がｒｃｏｓφにおける地面高さｄは（ｈ−ｒｓｉｎφ）として測定できることになる。このような計測を、自律走行車両１の進行につれて、例えば一定時間毎、例えば２５ミリ秒毎におこない、その結果を記憶部７に一定期間（例えば数百ミリ秒〜数秒間）蓄積し記憶させることにより、車両前方の地形が把握される。なお、記憶部７に記憶される地形は測定時のノイズを平滑化するため、適当なローパスフィルタ、たとえば移動平均を適用したものとしてよい。

そして、制御変更部６４は、記憶部７に記憶された地形に基いて車両制御部６１の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する。ここではまず、制御変更部６４が速度制御部６３の制御入力である目標速度を変更する場合を例にとって説明する。

図５は、制御変更部６４が実行する制御のアルゴリズムを示すフロー図である。まず、制御変更部６４は、ステップＳＴ１−１にて、次式であらわされる車両前方を含む所定の区間の地形の分散σ^２が閾値σ^２ _ｔｈより大きいか否かを判定する。ここで、座標ｘにおける地面高さｄをｙ（ｘ）と記述すると、分散σ^２は次式で求められる。

ここで、区間はｂ＜ｘ＜ａであり、少なくとも車両の前方を含む任意の区間としてよい。例えば、図４において、車両前方の任意の点であるＡ点から操舵輪２１の接地点であるＢ点までの区間としてよい。また、ｙ_ａｖｅは、区間ｂ＜ｘ＜ａにおけるｙ（ｘ）の平均値である。制御変更部６４は、σ^２＞σ^２ _ｔｈでなければ制御を終了し、車両制御部６１の制御パラメータ及び制御入力を変更しない。これは、これから車両が進行する先の地面がなだらかであれば、特に自律走行車両１に対する制御を変更する必要がないからである。

σ^２＞^２σ_ｔｈであれば、ステップＳＴ１−２へと進み、制御変更部６４は記憶部７に記憶された地形が凹形状であるか否かを判定する。そして、凹形状である場合にはステップＳＴ１−３へ進み、車両の出力を減少させ、車速を落とすように速度制御部６３に入力される目標速度を減じる。例えば、目標速度を１／２とする。これは、凹形状の地形に車両が高速で進入すると大きな衝撃を受けて姿勢を崩したり、操舵輪がとられたりして自律走行に対する制御が不安定となりやすいためである。

なお、ここで地形が凹形状であるか否かの判定には種々の方法が考えられる。例えば、操舵輪２１の前方の任意の地点、例えば図４のＡ点における地形高が平均高さｙ_ａｖｅより小さければ凹形状であると判定する。又は、操舵輪２１の前方の任意の区間、例えば、次式であらわされる区間ａ＜ｘ＜ｂ（図４でＡ点からＢ点までの区間）における平均高さｙ_ａｖｅに対する地形高の積分値Ｓが負又は所定の閾値以下であれば凹形状であると判定するとよい。

或いは、次式であらわされる区間ａ＜ｘ＜ｂにおける地形高の傾きの平均値ｍ_ａｖｅが負又は所定の閾値以下であれば凹形状であると判定するとよい。

なお、この判定は操舵輪２１である車両の前輪が凹形状に到達するより前に車両の出力を減少させることができなければならない。車両の姿勢を安定に保つためには、前輪が凹形状に到達するより前に車速を落としておく必要があるためである。したがって、本実施形態では、少なくとも車両の前輪の前方に存在する凹形状を検出することができるような判定方法が選択される。

一方、ステップＳＴ１−２にて凹形状でないと判定された場合には、ステップＳＴ１−４へと進み、制御変更部６４は記憶部７に記憶された地形が凸形状であるか否かを判定する。この判定は、図４のＡ点における地形高が平均高さｙ_ａｖｅより大きいか、上述の積分値Ｓが正又は所定の閾値以上、或いは、上述の平均値ｍ_ａｖｅが正又は所定の閾値以上である場合に凸形状であると判定するものであってよい。この判定は、車両前方の地形が、自律走行車両１が水平面上にあるとした時の地面高さ（ｙ＝０となる高さ）に対して凸形状である場合のみならず、操舵輪２１が図４の窪みＰに入っている場合において、操舵輪２１が窪みＰから脱出する際に登ることとなる窪みＰの登り斜面をも凸形状と判定し得るものとなっている。

そして、ステップＳＴ１−４にて凸形状と判定された場合にはステップＳＴ１−５へ進み、車両の出力を増加させ、車速を上げるように速度制御部６３に入力される目標速度を増加する。この車両の出力の増加は、単純に目標速度を増加させる、例えば目標速度を１．５倍にするものであってもよいし、ステップＳＴ１−３により目標速度が減じられていた場合には、これを元の目標速度に戻すものであってもよい。これは、車両、特に車両の前輪が凹形状の地形から脱出する際や、凸形状を乗り越える際には大きな出力が必要となるためである。車両の操舵輪が前輪である場合において、操舵輪が凹形状の地形に入っている場合は、先のステップＳＴ１−３により出力が減じられていると考えられるところ、当該地形からの脱出には少なくとも出力を当初のものに戻すか、さらに増加させる必要があると考えられる。

なお、以上の説明では、地形が凸形状であるか否かの判定は、前輪である操舵輪２１の前方の地形について行っているが、これに加えて、駆動輪２３の前方の地形が凸形状である場合にも車両の出力を増加させるようにしてもよい。この判定方法は、操舵輪２１に対してしたと同様の手法を駆動輪２３に適用してよく、例えば、駆動輪２３前方の任意の地点である図４のＣ点における地形高が平均高さｙ_ａｖｅより大きいか、駆動輪２３の前方の任意の区間、例えば、駆動輪２３前方の任意の点であるＣ点から駆動輪２３の接地点であるＤ点までの区間における平均高さｙ_ａｖｅに対する地形高の積分値Ｓ又は地形高の傾きの平均値ｍ_ａｖｅが正又は所定の閾値以上であれば凸形状であると判定するとよい。いずれにせよ、この判定は、対象となる装輪が凸形状に到達するより前に車両の出力を増加させるため、少なくとも当該装輪の前方に存在する凸形状を検出することができるような判定方法が選択される。

なお、目標速度を変化させる度合として示した上述の数値は一例であって、その数値をどのように定めるかは任意である。さらに、どのように目標速度を変化させるかもまた任意である。例えば、計測された地形の凹凸の度合いに応じて目標速度を段階的或いは連続的に変化させてもよい。

また、以上の説明では、制御変更部６４は地形が凹形状であることを検出した場合に車両出力を減少させ、地形が凸形状であることを検出した場合に車両出力を増加させるものとして説明したが、これに換えて、又は加えて、地形が凹形状であることを検出した場合に操舵角制御部６２の制御パラメータである操舵角ゲインを減少させ、地形が凸形状であることを検出した場合に操舵角ゲインを増加させるようにしてもよい。これは、凹形状の地形に車両が進入した際に制御が不安定となるのを抑えるため、操舵角の変化を緩やかにし、また車両が凹形状の地形から脱出する際には制御の追従性を良くするため操舵角ゲインを元の値に戻す、というものである。さらに、車両制御部６１の他の制御パラメータまたは制御入力を変更してもよい。

さらに、以上の説明ではＬＲＦ５により計測され、記憶部７に蓄積される地形と、同じく記憶部７に記憶される地図との関係については何ら特定するものではないが、両者を関連付けて、地図上の座標に対し計測された地高を記憶するようにしてもよい。このようにすれば、一度通過した場所については既に計測結果が存在することになり、新たな計測が不要となるか、或いは繰り返し計測することにより誤差の少ない正確な地形データが得られることになるからである。

なお、ＬＲＦ５による地高計測の際に、車両のピッチ角による補正を行い、より正確に地形の高さを計測するようにしてもよい。図６は、自律走行車両１がピッチ方向に傾斜している際にその前方の地形を計測している状態を示す模式図である。図のように、自律走行車両１の装輪が地形の凸部に乗り上げていたり、凹部にはまり込んでいる場合や、斜面を走行している場合には、車両自体が傾くために、水平面に対するＬＲＦ５の角度がその取り付け角度φと異なるものとなる。この場合、車両のピッチ角をθとすると、ＬＲＦ５により計測された斜め前方の地面までの距離ｒを用いて、ｘ座標がｒｃｏｓ（φ−θ）における地面高さｄが［ｈｃｏｓθ＋ｌｓｉｎθ−ｒｓｉｎ（φ−θ）］として測定できることになる。なお、ここでＬＲＦ５の高さは、駆動輪２３の接地位置を基準とし（すなわち、駆動輪２３の接地位置を高さ０として）、駆動輪２３の直径を無視して計算している。高さの基準をどこに置くかは任意であり、操舵輪２１の接地位置としたり、操舵輪２１と駆動輪２３の中間位置としたりしてもよい。

なお、自律走行車両１は、車両のピッチ角を検出するため、少なくともピッチ角を検出する姿勢検出部を有することになるが、本実施形態では、自己位置推定部８が備えるＩＮＳにより重力方向を検出することでピッチ角を得ている。したがって、自己位置推定部８が姿勢検出部を兼ねていることになるが、姿勢検出部として任意の傾きセンサを別途備えるようにすることは差し支えない。

以上説明した実施形態では、制御変更部６４は車両前方の地形が凹形状であれば車両出力を減少させ、地形が凸形状であることを検出した場合に車両出力を増加させるものであったが、これをさらに次のように変形してもよい。

すなわち、以下に説明する本発明の実施形態の変形例では、制御変更部６４は、車両前方の地形が凸形状であることを検出した場合には、その前輪が当該凸形状に到達する以前に車両の出力（又は操舵角ゲイン）を減少させ、その前輪が当該凸形状に到達後は車両の出力（又は操舵角ゲイン）を増加させる。この制御は、車両の前輪が勢いよく凸形状の地形に進入してぶつかることによる衝撃力を抑制し、より滑らかで衝撃の小さい走行を実現しようとするものである。

図７は、本変形例に係る制御変更部６４が実行する制御のアルゴリズムを示すフロー図である。ここでは、制御変更部６４はまず、図５に示したアルゴリズムと同様に、ステップＳＴ２−１にて、車両前方を含む所定の区間の地形の分散σ^２が閾値σ^２ _ｔｈより大きいか否かを判定する。制御変更部６４は、σ^２＞σ^２ _ｔｈでなければステップＳＴ２−７へと進み、車両の出力を通常のものにする。σ^２＞σ^２ _ｔｈの場合には続くステップＳＴ２−２へと進む。

ステップＳＴ２−２は、図５のステップＳＴ１−２と同様であり、車両前方の地形が凹形状である場合にステップＳＴ２−３へと進み車両の出力を減少させる。この判断の手法は先の実施形態で説明したと同様のものであってよい。車両前方の地形が凹形状でない場合には、ステップＳＴ２−４へと進む。

ステップＳＴ２−４では、車両前方の地形が凸形状であるか否かを判定する。凸形状でなければステップＳＴ２−７へと進み車両の出力を通常のものとする。そうでなければ、さらにステップＳＴ２−５へと進む。

ステップＳＴ２−５では、車両の前輪が凸形状に到達したか否かを判定する。この判定は任意の方法で行ってよいが、例えば、凸形状の判定を図４のＡ点における地形高により行っている場合であれば、凸形状の判定がなされた時のＡ点の座標を記憶しておき、その後車両が走行して、前輪が記憶されたＡ点に到達していれば車両の前輪が凸形状に到達したと判定すればよい。凸形状の判定を上述の積分値Ｓ又は平均値ｍ_ａｖｅにより行っている場合には、例えば、凸形状の判定がなされた時のＬＲＦ５の測定点のｘ座標を記憶しておき、同様にその後車両が走行して、前輪が記憶されたｘ座標に到達しているか否かにより判定することができる。

ステップＳＴ２−５の判定が否定、すなわち、車両前方の地形が凸形状であるが、前輪は当該凸形状に到達していない場合は、ステップＳＴ２−３へと進み、車両の出力を減少させる。一方、ステップＳＴ２−５の判定が肯定、すなわち、車両前方の地形が凸形状であり、前輪が当該凸形状に到達している場合は、ステップＳＴ２−６へと進み、車両の出力を増加させる。これにより、本変形例では、車両前方の凸形状を滑らかに、大きな衝撃を発生させることなく乗り越えて走行することが可能である。

なお、車両の前輪が凸形状に到達して増加された車両の出力は、凸形状を通過することにより通常の出力に戻される。すなわち、車両が凸形状を通過すると、路面がなだらかとなるためステップＳＴ２−１でσ^２＞σ^２ _ｔｈでないと判断されるか、又は、ステップＳＴ２−４で車両前方の地形が凸形状でないと判断されることになるため、ステップＳＴ２−７が実行されることとなる。

さらに、同様の制御を、地形が凹形状であることを検出した場合にも適用してよい。すなわち、上述の実施形態の変形例と同様に、制御変更部６４は、車両前方の地形が凹形状であることを検出した場合には、その前輪が当該凹形状に到達する以前に車両の出力（又は操舵角ゲイン）を減少させ、その前輪が当該凹形状に到達後は車両の出力（又は操舵角ゲイン）を増加させるようにしてもよい。この制御は、車両の前輪が勢いよく凹形状の地形に進入して落下することによる衝撃力を抑制し、より滑らかで衝撃の小さい走行を実現できると考えられる。

以上具体的な実施形態及びその変形例を例として本発明について説明したが、本発明はこれら例示された具体例における具体的構成に限定されるものではない。実施形態において示した各部材の具体的な配置、形状、数等や制御のアルゴリズムは一例として示されたものであり、ここで説明したと同様の技術的効果を有する限り、諸事情に鑑みて当業者が適宜設計し、変更してよい。

１ 自律走行車両、２ 車両本体、３ スプレーノズル、４ アンテナ、５ ＬＲＦ、
６ コントローラ、７ 記憶部、８ 自己位置推定部、２１ 操舵輪、２２ ステアリングアクチュエータ、２３ 駆動輪、２４ 駆動力源、２５ 操作部、２６ インタフェース、６１ 車両制御部、６２ 操舵角制御部、６３ 速度制御部、６４ 制御変更部。

Claims (11)

1. 自律走行を行うよう車両を制御する車両制御部と、
   前記車両の前方の地形の少なくとも高さを計測する地高計測部と、
   前記地高計測部により計測された計測結果を蓄積し記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された地形に基いて、前記車両制御部の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する制御変更部と、
   を有する自律走行車両。
2. 前記制御変更部は、前記記憶部に記憶された地形の分散に応じて前記車両制御部の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する
   請求項１に記載の自律走行車両。
3. 前記制御変更部は、前記記憶部に記憶された地形が凹形状である場合に、前記車両の出力の減少及び操舵角ゲインの減少の少なくともいずれかをもたらすように前記車両制御部の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する
   請求項１又は２に記載の自律走行車両。
4. 前記制御変更部は、前記車両の前輪が前記凹形状に到達するより以前に前記車両制御部の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する
   請求項３に記載の自律走行車両。
5. 前記制御変更部は、前記記憶部に記憶された地形が凹形状である場合に、前記車両の前輪が前記凹形状に到達する以前に前記車両の出力及び操舵角ゲインの少なくともいずれかを減少させ、前記車両の前輪が前記凹形状に到達後は当該車両の出力又は操舵角ゲインを増加させる
   請求項３に記載の自律走行車両。
6. 前記制御変更部は、前記記憶部に記憶された地形が凸形状である場合に、前記車両の出力の増加及び操舵角ゲインの増加の少なくともいずれかをもたらすように前記車両制御部の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する
   請求項１〜５のいずれかに記載の自律走行車両。
7. 前記制御変更部は、前記車両の少なくとも前輪が前記凸形状に到達するより以前に前記車両制御部の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する
   請求項６に記載の自律走行車両。
8. 前記制御変更部は、前記記憶部に記憶された地形が凸形状である場合に、前記車両の前輪が前記凸形状に到達する以前に前記車両の出力及び操舵角ゲインの少なくともいずれかを減少させ、前記車両の前輪が前記凸形状に到達後は当該車両の出力又は操舵角ゲインを増加させる
   請求項６に記載の自律走行車両。
9. さらに、前記車両の少なくともピッチ角を検出する姿勢検出部を有し、
   前記地高計測部は、前記姿勢検出部により検出されたピッチ角による補正を行い地形の高さを計測する
   請求項１〜８のいずれかに記載の自律走行車両。
10. 自律走行を行うよう車両を制御する車両制御部と、
    前記車両の前方の地形の少なくとも高さを計測する地高計測部を備えた車両と、
    前記地高計測部により計測された計測結果を蓄積し記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された地形に基いて、前記車両制御部の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更する制御変更部と、
    を有する車両の自律走行システム。
11. 自律走行を行うよう車両を制御するステップと、
    前記車両の前方の地形の少なくとも高さを計測するステップと、
    前記車両の前方の地形の少なくとも高さについて計測された計測結果を蓄積し記憶するステップと、
    記憶された地形に基いて、前記車両を制御する際の制御パラメータ及び制御入力の少なくともいずれかを変更するステップと、
    を有する自律走行車両の制御方法。

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