JP2022552413A - 視覚に基づいて先導車両に追従させる横方向位置のコントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】先導車両に追従する自律的な追従車両を操作する技術を提供する。【解決手段】センサからのデータにより算出される先導車両－追従車両間の相対的な姿勢（ＬＦＲＰ）に基づいて、追従車両が通るべき理想の経路が決定される。例えば、過去を補間するか未来を補間するかのいずれかにより、先導車両のいまの姿勢から、理想の経路に沿った追求姿勢が算出される。その結果、追求距離は、ＬＦＲＰのみに基づいて算出される距離とはもはや同じでなくてもよくなる。これにより、操舵制御（横方向位置）においては、他の考慮事項（例えば、縦方向における車両間の離間距離など）によって課される可能性のある安全上の制約を満たすための要件について考えなくてもよくなる。【選択図】図１

Description

本特許出願は、視覚に基づいて先導車両に追従させる横方向位置のコントローラに関する。

［関連出願との相互参照］
この特許出願は、２０１９年１０月１６日に提出された”VISION-BASED FOLLOW THE LEADER LATERAL CONTROLLER”という表題の係属中の米国仮出願第６２／９１５，７９５号についての優先権の利益を主張し、また、２０１９年１０月１６日に提出された”REDUCING DEMAND ON AUTONOMOUS FOLLOWER VEHICLES”という表題の同時係属中の米国仮出願第６２／９１５，８０８号についての優先権の利益も主張する。これらの各出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。また、この出願は、本出願と同日に出願された”BEHAVIORS THAT REDUCE DEMAND ON AUTONOMOUS FOLLOWER VEHICLES”という表題の米国特許出願第１７／０７１，１０５号（代理人案件整理番号 3827-008U01）に関連している。これらの各出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

過去数十年の間、ロボット工学の分野では、ある車両が他の車両に追従しているときに当該ある車両に対する自律的な制御を提供することに、努力が向けられてきた。理想的には、自律的な追従車両は、あたかも人間が運転しているかのように、有人車両と同様に、全ての交通法規を遵守し、常に予測可能な態様で動作されるべきである。自動運転が目指すのは、安全性の向上、交通渋滞の緩和、および排出物の削減などである。

長距離トラック輸送などの商用車に適用される場合、エネルギー節約や人件費削減なども、目指すべき目標に含まれる。そのため、トラック群を短い車間間隔だけ空けさせて、同じ軌道に沿って走行させる方法が開発されてきている。このような車両団体や車両集団と呼ばれるトラック群においては、協調制御を用いることができる。例えば、すぐ前方を走るトラックとの離間距離や速度差などを測定する、前方視覚用の遠隔センサからの情報と、そのトラックやそれよりも前方を走るトラックから伝達される追加の情報と、組み合わせて、運転判断を行ってもよい。このようないくつかの先行する取り組みについて振り返るために、例えば、Tsugawa, et al. "A Review of Truck Platooning Projects for Energy Savings", IEEE Transactions on Intelligent Vehicles, Vol.1 No.1, March 2016, pp 68-77を参照されたい。

走行車線に対して追従することを含む車両制御についても、数十年にわたって研究されてきた。例えば、Huangらは、"Finding multiple lanes in urban road networks with vision and lidar", Autonomous Robots, Vol 26, pp.103-122 (2009) において、走行中の車両により取得された較正済みビデオ画像とレーザー距離データとを用いて、都市道路網の複数の走行車線の特性を検出し推定するシステムについて、記載している。当該システムは、複数のプロセッサ上でリアルタイムに動作し、検出された道路標識、障害物、及び縁石についての情報を融合し、車両を案内するのに利用可能な近隣の走行車線についての安定した推定結果を生成する。

Tsugawa, et al. "A Review of Truck Platooning Projects for Energy Savings", IEEE Transactions on Intelligent Vehicles, Vol.1 No.1, March 2016, pp 68-77 Huang, et al. "Finding multiple lanes in urban road networks with vision and lidar", Autonomous Robots, Vol 26, pp.103-122 (2009) Coulter, R. Implementation of the Pure Pursuit Path Tracking Algorithm. Carnegie Mellon University, Pittsburgh, Pennsylvania, Jan 1990. https://www.mathworks.com/help/robotics/ug/pure-pursuit-controller.html Kelly, A, Mobile Robotics: Mathematics, Models, and Methods. Cambridge University Press, 2014, Chapter 8.3 pp. 551-565. https://en.wikipedia.org/wiki/Kanade-Lucas-Tomasi_feature_tracker H. Stevens, S.C. Tignor, and J.F. LoJacono. Off- tracking Calculations for Trailer Combinations. Public Roads, Vol. 34r No. 4, Oct. 1966.

本明細書で説明する方法と装置は、車両が隊形を組んで走行する２台以上の車両に適用される。追従車両は、非接触式の「認識」センシング（例えば、ライダー（ＬＩＤＡＲ）、カメラ、レーダーなど）を使用して、別の（先導）車両の位置を直接的に検知する。次いで、センサで検出したデータは、追従車両がどのように動作するかを決定する軌道を算出するために用いられてもよい。この方法および／または装置は、認識センシングによって生成されたデータの集合が適切であるときはいつでも、有効であるものとすることができる。

より特定的には、追従車両によって走行されるべき理想の経路は、センサによって検出されたデータに基づいて算出されたいわゆる先導車両－追従車両間の相対的な姿勢（ＬＦＲＰ）により決定してもよい。しかしながら、ＬＦＲＰのみを用いて追従車両が実行するべき軌道を決定するのではなく、現在の先導車両の姿勢から、所望の経路に沿って後方に補間したり、前方に投影したりすることにより、推定を行い、所望の経路から追求点を算出してもよい。この場合、追求距離は、ＬＦＲＰのみに基づいて算出される距離とはもはや同じでなくてもよい。

後方へ推定する場合、先導車両が過去にどこにあったかの記憶は、ＬＦＲＰデータの履歴と、地面に対する追従車両の最近の動きを示す追従車両姿勢データと、に基づき再構築することが可能である。前方へ推定する場合、先導車両の動きの最近の履歴に基づく先導車両の動きの分析的予測を使用することができる。

先導車両の認識入力から算出されるようなＬＦＲＰは、車線認識入力などの他の認識入力と組み合わされて、追従車両の理想の軌道の定義において更なる選択肢を提供するために用いられてもよい。例えば、追従車両は、１つ又は複数のセンサを用いて、自らの車線に対する相対的な姿勢（ＬＲＰ）を導出することもできる。ＬＲＰは、現在の走行車線の中心に対する、または左側もしくは右側に１車線幅分もしくは複数車線幅分だけ離れた他の車線に対する、または道路の端に対する、追従車両の姿勢であり、これらが先導車両の現在の位置に対してどのような方向を向いているかについての情報も含んでいる。

よって、車線認識入力だけに基づいて（ＬＲＰを介して）、または（ＬＦＲＰのような特定の技術を用いて）先導車両によってたどられている経路を決定するために、先導車両の認識入力に基づいて、または、ＬＲＰとＬＦＲＰとの平均や他の何らかの組み合わせに基づいて、追従車両の理想の軌道を定義することができる。

いずれを使用するかについての決定は、車線標識（または障壁若しくは道路端）が検出可能か（検出可能な場合、ＬＲＰのみが使用されてもよい）、または検出不能か（検出不能な場合、ＬＦＲＰが使用されてもよい）など、検出された条件に依拠してもよい。

本明細書で説明されたアプローチについての、追加の新規な特徴及び利点は、以下の文章および添付の図面から明らかである。

高レベルデータのフロー図である。 回復経路と、校正なしの追求と、姿勢追求とを示す図である。 先導車両への追従に依存した回復経路を説明する図である。 調整可能な追求距離に依存した回復経路を説明する図である。 直線経路に沿った車線追従の状態を示す図である。 直線経路に沿った車線追従の他の状態を示す図である。 直線経路に沿った車線追従の他の状態を示す図である。 走行停止のシナリオを示す図である。 走行開始のシナリオを示す図である。 走行停止のシナリオを示す図である。 走行開始のシナリオを示す図である。 曲線経路に沿った車線追従の状態を示す図である。 曲線経路に沿った車線追従の他の状態を示す図である。 本明細書に記載された方法および装置を実施する電子システムのブロック図である。

１．序論

以降に続く詳細な説明は、例示的な実施形態を提供するのみであり、添付の請求項の範囲を限定することを意図するものではない。そのため、請求された主題の趣旨および範囲から逸脱しない範囲で、各要素および各工程の機能および配置について、様々な変更を加えてもよい。

上述したように、本明細書で説明する方法および装置は、車両が隊形を組んで走行する２台以上の車両に適用される。追従車両は、非接触式の「認識」センシング（ライダー、カメラ、レーダーなど）を使用して、別の（先導）車両の位置を直接的に検知する。次いで、センサのデータを用いて、追従車両の挙動を決定する軌道が算出される。軌道は様々な方法で算出することができるが、いくつかの方法では、先導車両および／または追従車両の現在の動作状態に依拠して算出してもよい。次いで、軌道は、車両の１つまたは複数のアクチュエータ（例えば、操舵アクチュエータ、制動アクチュエータ、または推進アクチュエータなど）を制御するために使用される。１つの例では、方法および／または装置は、認識センシングによって生成されたデータの集合が適切であるときはいつでも、有効化することができる。

典型的なシナリオでは、少なくとも２台の車両が車両集団をなして走行し、そのうちの１台が先導車両であり、他の１台が自律的な追従車両である。先導車両は通常、追従車両から離れるように移動している車両である。したがって、追従車両は通常、先導車両の方へ向かって移動している。他のシナリオでは、複数の追従車両が最終的には１台の先導車両に追従するが、各追従車両においては、自らのすぐ前方に位置する車両を、自らの先導車両として考えることが有利な場合もある。さらに他のシナリオでは、ある期間の間、１台または複数台の追従車両が、２台の先導車両を認識し、２台の先導車両の間で移行が行われてもよい。

ここで、典型的な２台の車両によるシナリオに戻ると、先導車両および自律的な追従車両はそれぞれ、セミトラックのような車両であるものとすることができ、セミトラックは、トラクタと、被牽引車のキングピンが結合される第５の車輪と、を含むものとすることができる。いくつかの実装では、トラックが自動車に対して追従していてもよく、またはその逆もあり得、あるいは自動車が自動車に対して追従していてもよい。

車両制御を実施する電子機器システムは、いずれかの車両または両方の車両の、トラクタ及び／又は被牽引車に配置されていてもよい。電子機器システムは、１つ又は複数のセンサ、通信インターフェース、自律型コントローラ、および物理的な駆動システムへのインターフェースを、含んでいてもよい。例示的な実装では、１つ若しくは複数のセンサ及び／又は１つ以上の通信インターフェース（例えば、車両間無線リンクなど）によって、車両間において互いの状態および状況を常に認識し合うことができ、それにより、追従車両が、先導車両における方向や速度の変化に応じて、対応することが可能となっている。このようなシステムの一例について、図１および図７を用いて以下に詳述する。

センサには、カメラ、レーダー、ソナー、ＬＩＤＡＲなどの視覚（認識）センサ、走行距離センサ、速度センサ、ジャイロスコープなどの運動センサ、および他のセンサが含まれていてもよい。視覚センサの少なくともいくつかは、セミトラックの前方の領域を含む視覚範囲を有しているべきであり、他の視覚センサのいくつかは、トラクタまたな牽引車から横方向に広がる側方領域を含む視覚範囲を有していてもよく、さらに他の視覚センサは、路面の横方向に広がる車線標識や他の目印を検出するために、及び／又は意図する走行車線を構成する領域を検出するために、下方に向けられていてもよい。

また、自律的な追従車両内に位置する電子機器には、センサから受信したデータを処理し、認識論理を使用して１つ又は複数の条件を決定し、次いで、それらの条件に応じて自律型プランナーロジックを実行する、１台または複数台のコンピュータが含まれていてもよい。プランナーロジックは、次いでコントローラロジックに入力を提供し、このコントローラロジックは、次いで、駆動システムの機械的構成要素を動作させる。駆動システムは、コントローラロジックによって提供される電気制御入力に応答する推進アクチュエータ、制動アクチュエータ、および操舵アクチュエータへのインターフェースを少なくとも含んでいてもよい。コントローラロジックは、走行距離センサやジャイロスコープなどの運動センサを直接用いて、車両の運動を検出してもよい。

図１は、認識論理およびコントローラロジックを使用して１つ又は複数の回復軌道を算出することのできる、電子システム１００のコンポーネントの一実施形態に係る図である。このアプローチでは、先導車両認識ロジック１２２および車線認識ロジック１２４を両方含む認識論理１２０を使用する。先導車両認識ロジック１２２からの出力、車線認識ロジック１２４からの出力、またはその両方からの出力は、コントローラロジック１４０へと供給される。先導車両追従コントローラ１４２、車線追従コントローラ１４４、および融合コントローラ１４５を含むコントローラロジック１４０は、次いで、たどられるべき１つ又は複数の経路を決定する。これらの決定された経路は、回復軌道１５０－１，１５０－２，１５０－３（ここでは、集合的に軌道１５０と呼ぶ。）と呼ばれる。複数の回復軌道１５０のうちの１つが、（現在の条件入力に基づく重み付けなどによって、）軌道１５２として選択される。選択された軌道１５２（この軌道の実行は、本明細書において「操作」として記述される場合がある。）に基づいて、次いで、車両における操舵アクチュエータ１６０（および／または、場合によっては推進アクチュエータ、および／または、制動アクチュエータ）への入力が算出される。

これらのセンサ出力１１０の１つ又は複数は、先導車両認識ロジック１２２で使用され、それにより、先導車両－追従車両間の相対的な姿勢（Ｌｅａｄｅｒ－Ｆｏｌｌｏｗｅｒ Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｐｏｓｅ（ＬＦＲＰ））のコンポーネントのうちのいくつか又は全てが決定される。ＬＦＲＰは、先導車両と追従車両との間の相対的な位置および／または相対的な姿勢に依拠し、以降でより詳細に説明するように、いくつかの方法で決定し得る。

上記の「いくつか又は全て」という表現は、使用されるセンサの制限、検出されるオブジェクトの特性、センサ－オブジェクト間の相対的な配置、または、対称性、エイリアシング、オクルージョン、若しくはノイズレベルなどの他の信号処理上の懸念によって、姿勢のいくつかのコンポーネントが測定不能であるが、形式的には「観察可能」であると称するような場合もあるという現実を反映して、使用されるものである。例えば、撮像されたオブジェクトの大きさについての予測が全くできない場合、単一のカメラで取得した画像からは、オブジェクトの遠近感を検知することが困難または不能であることが考えられるが、そのような場合でも、オブジェクトに対する方位（左右方向の位置に関連する。）は容易に検知できる場合がある。対称性が重要となるケースは、道路上の縦方向における特徴を測定する場合である。このような測定をしても、典型的な運動の方向に沿ったセンサの動きに対して実質的に変化しないことが多く、形式的には「不変」な場合として知られる。縦方向の特徴の例としては、実線や破線の車線標識、ガードレール、タイヤ跡、交通コーンの線、道路端などが挙げられる。このような不変性のために、縦方向（すなわち、走行車線自体に沿った方向）におけるカメラ（または恐らく他のセンサによっても。）の位置や動きは検知されない。また、例えば、道路に沿って破線の１ダッシュ分を移動する前後で、１つの破線状の車線標識（あるいは、例えば交通コーン）の見え方は他と変わらないので、測定値にエイリアシングが発生する場合がある。縦方向の特徴を検出する場合でも、車線標識に対するカメラの向きに加えて、カメラの横方向における位置も、通常ならば観察することができる。実際のところ、縦方向の座標は通常、車線に対する追従とは関係がないため、横方向の制御（例えば、ステアリング制御）を行う目的においては、縦方向の位置の観察が制限されることは、制御をそれほど困難に制限するものではない。

また、車線に対する姿勢（Ｌａｎｅ Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｐｏｓｅ：ＬＲＰ）も、同じセンサ群１１０によって、またはセンサ群１１０のいくつかの異なるサブセットによって、決定してもよい。上で詳述したように、ＬＲＰのいくつかの又は全てのコンポーネントは、任意の時期に検知できてもよく、本明細書において姿勢の測定や位置の測定について言及した場合は、いかなる場合においても、姿勢の全てのコンポーネントが検知可能であることが要求されることを意味するものでない。以降により詳細に説明するように、ＬＲＰは、現在の走行車線の中心に対する追従車両の姿勢であり、あるいは、現在の走行車線よりも左側または右側に１車線幅分又は複数車線幅分だけ向こうに位置している走行車線に対する追従車両の姿勢であり、あるいは、道路の端に対する追従車両の姿勢であり、それには、車両の現在位置に対して追従車両がどの向きに配向されているかについての情報も含まれる。例えば、追従車両が隣接車線から先導車両に対して追従しているケースが考えられ、そのような場合、ＬＲＰは、当該隣接車線に対する追従車両の姿勢を指す。このような「オフセット」は、連続的な運動が行われている間だけではなく、本明細書中の他の箇所で説明される走行開始／走行停止やその他の操作が行われている間にも、適用され得る。ＬＲＰを決定するための種々の方法についても、以下で詳述する。

図１に示されるように、複数の動作モードがあってもよい。１つのモードでは、ＬＦＲＰのみに基づいて、先導車両追従コントローラによって第１の回復軌道１５０－１が決定される。別の１つのモードでは、ＬＲＰに基づいて、車線追従コントローラによって別の回復軌道１５０－２が決定される。さらに別の１つのモードでは、融合コントローラ１４５が、ＬＦＲＰとＬＲＰの両方に基づいて、第３の回復軌道１５０－３を決定する。

別の言い方をすると、車両を、車線標識に基づいて操舵することが可能であり（ＬＲＰ）、または、先導車両によってたどられる経路に基づいて操舵することが可能であり（ＬＦＲＰ）、またはこれら２つの平均若しくはその他の方法によるこれら２つの組み合わせに基づいて操舵することも可能である。

このアプローチは、横方向における状態（例えば、車線中心に対する相対位置）を推定して制御（例えば、操舵制御）を行うことを可能とするため、価値がある。

第２の操舵コントローラが必要な状況では、当該第２の操舵コントローラの出力は、何等かの方法で、第１の操舵コントローラ（例えば、車線追従コントローラ）の出力と、融合される。

自律走行車両を安全に運転するには、既存の車線標識が一時的または永続的に不十分な状況。

現在、操舵制御モードで動作していなくても、コントローラが行う計算に基づいて、人間の運転者に対する警告メッセージを導き出すことが有用であると考えられる状況。

縦方向における制御（速度制御）がどのように行われているかに関わらず、上述のアプローチにより、横方向における制御が行われることによる利点が実現できる。人間の運転者または他の異なる制御アルゴリズムを、縦方向における制御を行う目的で、使用することができるようになった。特に、アダプティブ・クルーズ・コントロールと同様の公知の方法を用いて、また、ＬＦＲＰにおける縦座標の誤差に基づいて、速度制御方針を実現することができる。

２．先導車両追従コントローラ１４２

したがって、先導車両追従コントローラ１４２などのような、先導車両の位置と追従車両の位置とを認識することに基づいて横方向位置の制御を行う方法や装置は、概して以下のように説明される。

先導車両－追従車両間の相対的な姿勢（ＬＦＲＰ）の一部または全部を決定するために、追従車両に搭載された非接触式の先導車両認識センサ（カメラ、ライダー、レーダーなど）１１０が用いられる。この姿勢は、追従車両に対する先導車両の姿勢（位置および向き）である。このように、センサを使用して、これらセンサの視覚範囲に入っているオブジェクトの姿勢（位置および向き）を連続的に決定するプロセスを、センサに基づく位置追跡と称することにする。

追従車両は、既に先導車両が走行したのと実質的に同じ経路をたどって走行するように、操舵される。より正確には、それは、追従車両上の指定された基準点が、先導車両上の指定された基準点が走行した空間を通じて実質的に同じ経路を、たどるように走行されることを意味する。

追従車両が先導車両に追従する１つの実施形態では、追従車両に搭載される先導車両追従コントローラロジック１４２は、追従車両が時間と共に先導車両の経路に向かうように、そしてそれにより追従車両が先導車両の経路をたどるように、あらゆる操舵ポリシーを実行する。操舵ポリシーの例としては、純粋追求、姿勢追求、調整可能な追求距離、その他の操舵ポリシーが挙げられる。

２．１ 姿勢追求

いくつかの可能な制御実施形態は、より基本的な操舵ポリシーの変形例として理解することができ、それは本明細書で以下に説明するように、「姿勢追求」と称される。「姿勢追求」は、それ自体、「純粋追求」と称される既知のアプローチの一般化である（上記の非特許文献［３］を参照のこと。）。純粋追求は、１つの車輪型車両が所望の経路をたどることを可能にしつつ、車輪が通常、横方向への動きを許容しないという事実に対応する。純粋追求は、車両をいまの位置からある目標位置まで移動させるための曲率を計算することで機能する追跡アルゴリズムである。ポイントとなるのは、目標位置として、所望経路上における車両の今の位置よりもある距離だけ前方の位置を、選択することにある。このとき、車両は、所望の経路上においてその車両よりもある距離だけ前方に位置する地点を追いかけていると考えることができる。つまり、車両はその移動する点を「追求する」のである。この「先読み」距離や「追求」距離は、車両が道路の屈曲や視覚範囲の閉塞に追従することにより、変化してもよい。

純粋追求では、車両を瞬間的に横方向へ移動させようとはしない。しかしながら、純粋追求では、追従車両が短い距離を走行した後に、ついに追従車両が所望の経路を獲得するような、回復経路が生成される。純粋追求は、ある動物が別の動物を追いかけるときの数学的アナロジーを利用することにより、これを行う。特に、純粋追求コントローラは、「追求地点」に向かって追従車両を連続的に操舵する操舵ポリシーである。この地点は所望の経路上に位置するが、常に、「追いかけて」くる追従車両よりもある距離（追求距離）だけ前方にある状態に保たれる。

逆に、姿勢追求は、追求地点を追求姿勢に総合する（別の言い方をすれば、追求地点における経路の接線の向きおよび／または曲率について追加的に考慮する）。姿勢追求は、１台の車両が追従車両によって識別され、先導車両の姿勢が追求姿勢として用いられる場合に、先導車両追従コントローラの一実施形態となる。このとき、追求距離はＬＦＲＰと密接に関係する。より概略的には、先導車両を追従する場合には、先導車両の経路（時間または距離で表される、一連の位置、方位、曲率など）が所望の経路として識別され、追求姿勢は、先導車両が現在その姿勢をとっているか否かに関わらず、前記所望の経路上で適切に選択された任意の姿勢とすることができる。

２．２ 基本的な操舵ポリシー

操舵ポリシーは、単純に先導車両「に向かって操舵する」よりもより高度なものとすることができる。別の実施形態では、ａ）追従車両の姿勢（地上）で開始し、ｂ）追求姿勢または先導車両の姿勢（地上）付近で終了する、十分に定義された回復経路が使用される。回復経路は、追求姿勢から算出される１つ又は複数の制約を満たすように設計することができ、ここでより多くの制約を満たすほど「連続性」が高いことを表す。回復経路が弧形（連続性が低い。）の場合、常に追求姿勢の位置で経路と交差することができるが、通常は、追求姿勢の方位と曲率を達成することはできない。

回復経路は、さらに追求姿勢の方位および／または曲率で終端し、それによってより高度な連続性を示す任意の形式を含む、任意の、より一般的な形式であってもよい。

いくつかの実施形態においては、追従車両によって実行可能な形状の、回復経路を使用してもよい。つまり、別の言い方をすれば、実行可能であり、かつ高い連続性を有する回復経路を生成することが有利となり得る。

２．３ 調整可能な追求距離

純粋追求を使用して、車輪付きの車両を所望の経路上をたどらせるとき、任意の所望の経路の曲率で生じる横方向における誤差は、しばしば追求距離に強く依存することも知られている［非特許文献４］。比較的短い距離は振動を引き起こすが、比較的長い距離の場合は、「コーナーを切る」ような低い曲率の近似を使用することにより、所望の経路上の高い曲率のコーナーまたは領域を近似して実行することができる。

しかしながら、許容される追求距離を制限する縦方向における制約（例えば、停止距離）がある場合があり、また、許容される追求距離のいずれもが横方向における誤差の観点からは最良でない場合がある。その結果、（先導車両の）所望の経路から追求距離を算出することには価値があるが、この追求距離は、任意の瞬間の先導車両に対する実際の「視線」距離ではなく、また、任意の瞬間の先導車両に対する回復経路の弧長でもない。

別の実施形態では、追求姿勢は、理想の経路に基づいて、いまの先導車両の姿勢からその経路に沿って後方または前方に推定することによって、算出される。そのような場合、追求距離は、もはやＬＦＲＰのみから算出される距離とは同一ではない。

過去を補間する場合、ＬＦＲＰデータの履歴と、地上における追従車両の最近の動きを示す追従車両姿勢データと、に基づいて、先導車両が地上のどこに位置していたかの記録を、再構築することができる。未来を予測する場合、最近の履歴と車両の動き方の予測モデルとに基づく先導車両の動きを分析的に予測するのにアルゴリズムを使用することができる。

２．４ 黙示的な追求点

誤差（すなわち、横方向における誤差、方位の誤差、曲率の誤差などのような、追従車両の所望の経路からのずれ）が小さい場合、追求点を明示的に表現するのを避けて近似的に表現することも知られている。実際、道路車線の曲率をκlane、横方向における誤差をy、方位誤差をqとすると、追従車両の前方に距離Lのところで所望の経路を再取得する弧は、以下の式で表される曲率κPPを持つ。

κPP = κlane + 2y/L2 + 2*q /L

この式をコントローラの基礎として用いることによって、追従車両は、予測地点を明示的に計算することなく、方位における誤差と横方向における誤差に適用される実効ゲインを調整することができる。さらに、Lと呼ばれる量を調整するだけで、（黙示的な）予測地点までの距離を調整することができる。Lが小さい場合、追従車両は、Lが大きい場合よりも少ない距離だけ走行した後に、所望の経路を再取得しようとする。

実際、上述の式は、単純に線形化された状態空間コントローラを瞬間的な経路追従誤差に適用したものである。それは、修正軌道として弧を生成するが、車線自体が実質的に弧であるという仮定や、単に短い予測距離にわたって実質的に滑らかであるという仮定に基づいて、より高いレベルの連続性を達成することも可能である。

２．５ 他の制御ストラテジー及び実施形態の共通要素

本明細書に記載の基本的な方法に代えて、又はそれに加えて、他の任意の数の標準的な制御戦略（本明細書に記載のＬＦＲＰに基づくフィードバックとは異なる。）を適用することができる。このような戦略には、階層、フィードフォワード、予測的なモデリング及び最適化、インテリジェント制御、オブザーバー、適応制御、ロバスト制御などの利用が含まれる。

これらの複数の実施形態における１つの共通要素は、追従車両上で利用可能なセンシングを（唯一または主に）使用して、追従車両内において完全にロジックベースで、以下を組み合わせる任意の形式の推定を実行することである：

追従車両の地面（道路）に対する、測定された、記憶された、補間された、又は予測された運動、

先導車両の追従車両に対する、測定された、記憶された、補間された、又は予測された運動、

追従車両において、その経路追跡誤差（すなわち、先導車両によってたどられた経路に対する位置）についての明示的な表現や黙示的な理解を形成すること。

このようにする主な目的は、継続的に回復軌道を計算するために追従車両が使用する有効距離から、追従車両の先導車両に対する距離（これは、経路追従性能の懸念を最適化したり満足したりするように選択することはできない。）を切り離すことである。

先導車両の経路と追従車両の姿勢が地面に固定された座標で表されているか否か、または先導車両の経路が追従車両の座標で表されているか否かは、重要でない場合がある。重要なのは、追従車両が、どの程度、先導車両の経路をたどっていないかを知ることである。この経路追従誤差を表現するための２つの実施形態は、（ａ）予測地点（または予測姿勢）、および（ｂ）状態空間における誤差ベクトルの内容であり得る。原理的には、所望の経路に対して追従車両が移動したときに変化する１つ又は複数の数量を使用して、追従誤差を表現することができる。

２．６ その他の制約および目的

いくつかのシナリオでは、先導車両追従コントローラ１４２において、経路追従誤差に加えて他の事項も考慮することが、重要であり、価値があり、または必要である。

１つのシナリオでは、追従車両は、継続的、瞬間的、または断続的に、衝突のリスクをもたらすオブジェクトに取り囲まれている。例えば、高速道路建設ゾーンの一時的な車線を囲むジャージーバリアは継続的に追従車両の近くにあり、また、歩行者、駐車された車両、動物若しくは工事車両は瞬間的に近くにあり、また、他の交通が断続的に出現することもある。

これらのケースのうちの多くの場合に、追従車両の動作計画および制御タスクは、以下の付加的な任意の組み合わせを要求するように定義することができる：

従わなければならない制約（例えば、ジャージーバリアに衝突しないなどの制約）；または

追求しなければならない目的（近くの交通から極力離れているようにするなどの目的）、

そして、自動走行の技術分野において知られているところの制約を満たしつつ全ての目的を一度に追求することのできる技術。

２．７ 先導車両の経路に対するオフセット量

追従車両で利用可能な認識データおよび運動データから先導車両の経路を構築する、先導車両認識ロジック１２２の能力を考えると、他の多くの実施形態は容易に達成でき、それらは有用な動作を可能にする。

いくつかの有用な動作においては、追従車両がそれぞれの追従先の先導車両の経路から意図的にオフセットされた経路をたどっている複数の車両が想定されている。このシナリオで必要とされる要素は、以下のとおりである：

先導車両の経路から所望の方法によってオフセットされた所望の経路を定義する能力。これは、新しい経路地点を、先導車両の経路上の測定地点又は推定地点の左方若しくは右方（つまり、横方向）または前方若しくは後方（つまり、縦方向）に派生させることで実現でき、これには開始点と終了点が含まれる可能性がある。また、他の動作では、縦方向と横方向の両方である量だけオフセットすることによって、新しい経路地点を導出することも役立つ場合がある。

これは、経路が、先導車両追従コントローラ１４２もしくは認識ロジック１２２または実施形態の他のどこかにおいて点として表現、表示、または操作されることを必ずしも示唆するものではない。連続曲線（例えば曲率多項式など）、独立変数の区間、スプライン、または経路の他の表現が使用されてもよい。ただし、以下の説明では、経路がどのようにオフセットされるかを読者に説明する手段として、点が使用される。

先導車両の経路をオフセットすることが有益である場合の例として、追従車両が自らが位置する車線において単独でいることに気付き、状況が解決されるまで、隣接車線上の先導車両の跡をたどり先導車両の背後にとどまらなければならないという意味で、車線変更操作に失敗したと言えるシナリオが挙げられる。さらに別の例として、車両集団が形成されている場合、または新しい先導車両が意図した追従車両に隣接する位置に到着した場合などのシナリオが挙げられる。そのような場合、追従車両が隣接車線上の先導車両に追従しつつ、この先導車両の後ろにとどまることには価値があるかもしれない。

２．８ 停止軌道と開始軌道

先導車両の経路をオフセットすることに基づく上記の動作に加えて、いくつかの他の有用な動作では、複数の車両がある隊形にある休止状態から走行開始して次いで車列を形成するか、あるいは恐らくは車列をなして走行開始し所望の隊形の休止状態で走行停止するかを、想定している。このシナリオで必要とされる要素は、以下を含む。すなわち、車両が連続的に移動しているという仮定を排除することが必要である。これは、経路地点に所望の速度（０であってもよい。）を設定することで実現できる。

図５Ｄに示すように、先導車両が高速道路の休憩所、計量所、料金所、高速道路の路肩、又は出口ランプ（傾斜路）の側で走行停止する場合を考える。追従車両５０２は、この差し迫った停止を検出するか、又は先導車両５０３から報知され、先導車両の後ろに停止することを選択するか、または先導車両により指示され得る（縦列隊形）。このような場合、追従車両は、先導車両の意図する停止点Pstopから導き出される追従車両の停止点P’stopの位置を算出し、または停止点P’stopが提供される。追従車両の停止点は、先導車両の経路上の先導車両の停止点の後ろの縦列駐車停止セパレーションに配置される単なる補間追求点であってもよいし、先導車両の真後ろの縦列駐車停止セパレーションに配置されてもよい。追従車両５０２は、走行停止しなければならないことを認識すると、追従車両の停止点で停止するように、追求距離と走行速度を徐々に変化させる。

逆に、反対のケースでは、追従車両が最初は静止している一方で、先導車両は移動を開始し、追従車両は、追跡を開始する準備ができたと判断するか、または追跡開始の指示があるまで、自らのセンサを用いて先導車両の動きを追跡し続ける場合もある。

図５Ｅには、この縦列状態スタート操作が示されている。この場合、車列がまもなく移動を開始することを、追従車両５０２が検出し、または先導車両５０３から追従車両５０２に報知されるとしてもよい。この場合、追従車両は、移動を開始する前に、先導車両が縦列状態走行開始セパレーションに位置するまで待機してもよい。このセパレーション（間隔）は、視線距離であろうと、先導車両の経路に沿った距離であろうと、任意の便利な方法で測定することができる。

図５Ｆは、並列駐車操作を示している。この場合、追従車両５０２は、この差し迫った停止を検出するか、又は先導車両５０３から報知され、先導車両の横に停止することを選択するか、または先導車両により指示され得る（並列隊形）。このような場合、追従車両５０２は、先導車両の意図する停止点Pstopと恐らくその直前にあるいくつかの他の点から導き出される追従車両の停止点P’stopの位置を算出し、またはP’stopの位置が提供される。これらのオフセットされた先導車両経路地点５１４（図では２つ余分に示されている）は、先導車両５０３が停止する直前の先導車両の経路の形状を先導車両追従コントローラ１４２に報知する役割を果たす。

これらのオフセットされた先導車両経路地点５１４がオフセットされているという事実は、先導車両追従コントローラ１４２に、追従車両がオフセットされた経路をたどるように操舵するための修正軌道を生成させることになる。

追従車両の停止点P’stopは、先導車両の経路上の先導車両の停止点Pstopの後ろの縦列停止セパレーションに位置する単なる補間追求点であってもよいし、先導車両の真後ろに位置する縦列停止セパレーションであってもよい。追従車両５０２は、走行停止しなければならないことを検知すると、追従車両の停止点P’stopで停止するように、追求距離と走行速度を徐々に変化させる。

図５Ｇには、並列状態からの開始操作が示されている。この場合、車列がまもなく移動を開始することを、追従車両５０２が検出し、または先導車両５０３から追従車両５０２に報知されるとしてもよい。この場合、追従車両は、先導車両が縦列開始セパレーションに配置されるまで、移動を開始する前に待機してもよい。このセパレーション（間隔）は、視線距離であろうと、先導車両の経路に沿った距離であろうと、任意の便利な方法で測定することができる。

上述した４つの開始軌道および停止軌道は、先導車両の経路のオフセットが横方向または縦方向のうちの１つだけに発生する例であると理解されたい。もちろん、並列駐車、縦列駐車、及び角度駐車を含む、任意の相対的位置関係から開始及び停止する操作が同様に生成されてもよく、それらは有用であり得る。また、先導車両の経路地点は、概して、方位情報（すなわち、姿勢）を含んでいてもよいし、経路接線方向からそのような方位情報を算出してもよい。そのような場合、先導車両および追従車両の経路の姿勢の間の角度オフセットさえも定義することができる。

先導車両の経路上の点を（明示的にまたは黙示的に）示し、適切にオフセットできる限り、停止軌道および開始軌道の任意の瞬間に使用される横方向における制御規律は、上で説明した規律の任意の組み合わせであってもよい。例えば、先導車両の車線中心オフセット量の測定値は、車幅より僅かに多いオフセット量であってもよく、先導車両に対する視線距離の測定値は、地上に固定された座標に変換され、車長よりも大きいオフセット量が設定されてもよい。

上述した基本的な経路追従シナリオは、先導車両の経路（またはオフセットバージョンの経路）を回復しながら、近くのオブジェクトとの衝突を回避する制約によって増強された、追従車両の適切な動作を生成するには十分であるかもしれない。ただし、他に２つの実際的な考慮事項がある。経路の不連続性と、先導車両の衝突回避である。

第１の経路の不連続性について考える。横方向における制御規律が、先導車両の経路地点の横方向における大きなシフトを許容できない場合、これらの経路地点のオフセットが、遷移５１５の領域において意図的に平滑化され、そのような不連続性を取り除くことができる。図５Ｆには、１つの軌道についてのこのような領域が示されている。このような平滑化は、有効な横方向における制御規律の特性を考慮すると、あらゆる必要な場所に使用することが可能である。

次に、衝突回避について考える。１つの実施形態では、先導車両は回避すべき単なる別の１つの障害物として取り扱えるので、追従車両は意図された経路をたどりながら、追従車両５０２に内在する障害物回避能力により、先導車両との衝突を回避することができる。別の１つの実施形態では、衝突を回避できるように、車両の動作のタイミングが制御される。これは、例えば上記の例において、先導車両が縦列開始セパレーションとなるまで、追従車両が待機していたような場合である。さらに別の実施形態では、追従車両の経路が内在的に衝突を回避するような方法で、車両の経路が算出される。このような場合、先導車両の経路と、追従車両の経路とは、配置上の問題として重ならない。例えば、図５Ｆでは、オフセットされた先導車両経路地点５１４は、先導車両５０３から十分に後方に離れて延びており、追従車両５０２は決して先導車両５０３に近づき過ぎないようになっている。

２．９ 認識およびモデリングの実施形態

上で説明したように、先導車両認識ロジック１２２は、先導車両－追従車両間の相対的な姿勢（ＬＦＲＰ）を測定する役割を担っている。その方法について、次により詳細に説明する。

ＬＦＲＰまたはＬＲＰを決定する際に、画像形成モデル（ＭＩＦ）を使用してもよい。これを行うために、多数のセンサモダリティを、個々に又は任意の組み合わせで使用することができる。例えば、［非特許文献５］から、カメラは、他の車両の画像から方位に関する情報を抽出するのに用いられ、ライダー及びレーダーは、範囲に関する情報および方位に関する情報を抽出するのに用いられることが、知られている。

使用される測定方法は、その効率およびロバスト性を向上させるために、トラッカー（例えば、非特許文献［６］のＫＬＴトラッカーなど）を採用してもよいし、採用しなくてもよい。特に、フレーム間のカメラの動きの測定値が利用可能であり、及び／又は、そのような動きを推定することが望まれる場合には、カルマンフィルタやその他の推定器が使用されてもよい。いずれにしても、ＬＦＲＰを決定するために、まず画像（より一般的には、データのフレーム）において先導車両に対応するセンサピクセルの領域のいくつかの属性が特定され、これらの属性がいかにＬＦＲＰに対応するかを表現できる画像形成モデル（ＭＩＦ）を反転させることにより、先導車両の相対的な姿勢が計算される。ＭＩＦを反転させることが意味するのは、反転されたＭＩＦにより、ＬＦＲＰがそれらの属性にいかに依存しているかを表現できるということである。属性は、例えば、画素の全領域を積分した領域の特性（モーメント）であってもよいし、領域の内部または境界線上における強度や深度のエッジであってもよいし、予測領域と測定領域との相互相関のピークであってもよいし、その他ＬＦＲＰに依存する何らかの測定可能な属性であってもよい。

同様に、ＬＲＰを決定するために、車線標識、または車線標識同士の間の空間に対応する画素の領域における、任意の好適にＬＲＰに依存した属性や、観察可能な属性を、計算することができる。そして、画像形成モデルは、車線標識の配置（例えば、曲率）、及び／又は車両に対する車線標識の位置及び向きを決定するために使用することができ、同様に、車両に対する車線中心の位置および向き、あるいは車線の任意の部分に対する車両の位置および向きを決定するためにも使用することができる。

２．１０ 車両配置モデルの使用

正確には、ある車両を別の車両に対して追従させるためには、追従車両側のどの「基準」点が、先導車両側のどの「基準」点に対して追従するかを、正確に特定することが好ましい。便宜上は、アッカーマン操舵車両（例えば、自動車。）の後車軸の中心点を選択するのが典型的であるが、他の種々の車両上における任意の他の基準点位置を選択することが好ましい場合もある。

実際には、単純なＭＩＦは、追従車両上のセンサに対する先導車両の（センサから見て）視認可能部分の姿勢に依拠するであろう。別の１つの実施形態では、ＭＩＦでは以下も考慮される。

ａ）追従車両の基準点に対するセンサの姿勢。また、以下を考慮してもよい。

ｂ）先導車両の基準点に対する先導車両の可視表面の姿勢。例えば、トラクタ－被牽引車間の配置関係の知識を用いて、先導車両の被牽引車の後部ドア以外の基準点を導出することができれば（例えば、先導車両のトラクタの後部車軸の基準点を導出することができれば）、利用可能な画像がその被牽引車の後部ドアの画像だけしかなくても、姿勢を得ることが可能である。

２．１１ 運動学的な操舵モデルの使用

車両の後輪（したがって、視認可能な後面も。）は、旋回の中心に対してオフセットされた経路をたどる。このような「オフトラック」でのオフセットは、かなりの程度にわたって予測可能な方法で、曲率および運動の他の側面に依存して決まる［非特許文献７］。したがって、別の１つの実施形態では、ａ）先導車両の可視表面の姿勢、ならびにｂ）先導車両における幾何形状およびオフトラックが曲率にどのように依存しているかの両方のモデル、に基づいて、先導車両の基準点の姿勢を決定することが、好ましい。

２．１２ 車輪スリップモデルの使用

同様に、別の１つの実施形態においては、旋回による横方向における加速、または風速や他の外乱等による同等の影響によって引き起こされる、車輪のスリップを埋め合わせることにしてもよい。このような埋め合わせは、追従車両によって使用される回復軌道を調整するために用いることができ、または、追求姿勢を求めるために使用される先導車両の動作の外挿推定処理／内挿補間処理（後に記載。）を調整するために用いることができ、あるいはその両方のために用いることができる。

２．１３ 追求距離を調整可能な先導車両－追従車両間の相対的な姿勢（ＬＦＲＰ）

図１を参照しながら図２も参照して、姿勢追求および純粋追求について理解を深めることが、先導車両－追従車両間の相対的な姿勢（ＬＦＲＰ）が何を意味するのかを理解することの手助けとなる。図２は、単一の車両２０２が現在、理想の経路２９４に対して逸れてしまっている状況２００を示している。車両内の認識ロジック１２０は、姿勢追求または純粋追求２０６を実行しており、コントローラ１４０は理想の経路２０４の形状についての何らかの認識を有している。

理想の経路２０４は、視覚センサ（例えば、道路上において前方及び／又は側方及び／又は後方を観察するもの。）から決定されてもよいし、あるいは経路プランナーなどの他の情報源から予め望ましい経路についての情報が受信されてもよい。望ましい経路２０４を知得することに加えて、軌道プランナーは、現在の車両の状態についても認識している。現在の車両の状態において、重要な要素は、位置および方向についての情報（「姿勢」とも呼ばれる。）である。別の言い方をすると、純粋追求や姿勢追求軌道を決定するために用いられる２つの入力は、理想経路２０４ならびにその理想経路に対する現在の位置２１０および方向２１２である。

回復経路２０８を使用するこのアプローチは、実際上、典型的な車両の車輪は、理想経路の前方の地点に向かって直接的に操舵操作をしない限りは、横方向への動きを許容しないという事実に順応するものである。

追求地点および追求姿勢２０６の決定ならびに回復経路２０８の決定は、図３に示すような状況３００では、もう少し複雑となる。図３のような状況を、「先導車両に追従する場合」と称することにする。この状況では、追従車両３１０には、先導車両および追従車両の両方が移動している間に、先導車両の経路に合流することが求められる。先導車両３０３に対して追従するとき、任意の時点での所望の経路３０４は、現在までの先導車両３０３の実際の経路３１２と、未来におけるその経路の続きの予測３１４とから、校正される。ここで、追求地点／追求姿勢３０６は、時間に応じてやや予測不能に変化する（先導車両３０３の挙動に依拠して変化する。）ため、回復経路３０８の調整も、両車両３０２，３０３の移動に応じて、周期的に行われるべきである。モータ付きの車両を含む１つのシナリオでは、１秒間に１００回の頻度で追求地点／追求姿勢３０６を再計算することが望ましいかもしれない。各計算は、回復経路３０８（点線で表される。）が本質的に、固定された操舵角に対応する弧であることを決定する。したがって、追従車両３０２内のコントローラ（例えば、先導車両追従コントローラ１４２）は、現在の姿勢３１０から追求地点／姿勢地点３０６まで移動するために必要なこととして、操舵角度を同じ角度に設定し続ける。このようにして、追従車両は、最終的に、所望の経路３０４を所望の姿勢（例えば、先導車両３０３の姿勢と同じ。）で走行することになる。

図４は、軌道を決定するための別の１つのアプローチ４００であり、いくつかの利点を有しており、調整可能な追求距離と称することにする。これは、回復姿勢を決定するための出発点として、先導車両４０３の位置を用いる。しかしながら、投影された追求地点と呼ばれる別の地点４２６は、先導車両の現在の位置４０６から経路４０４上を前方または後方へ移動することにより、経路を補間（内挿）または経路を投影（外挿）することに基づいて決定される。このアプローチにより、追従車両４０２は、先導車両までの距離に等しい追求距離を使用しなくてもよくなり、代わりに、より任意の追求距離を使用することができる。追求距離は、所望の経路４０４上の姿勢と依然として関連している。

図４に示す例では、投影された（またはそれぞれ補間された）追求地点４２６が、先導車両４０３の前方（またはそれぞれ後方）の位置として選択されている。この追求地点４２６も、もちろん、先導車両４０２の移動に伴って移動する。そして、追求地点４２６は、追従車両４０２の操舵入力をどのように調整するかを決定するために使用してもよい。

また、図４の例は、高度連続性回復経路４３０を使用するオプションも示している。示された例では、この種の回復経路は、その全体が実行されると、一連の操作入力は最初の間はより鋭い（例えば、この例では左に向かってより鋭い。）が、その後、追従車両４０２が先導車両４０３とより正確に同じ向きを取るようになり、所望の経路４０４に漸近するようになる。実際には、回復経路４３０は高いレートで再計算されるので、経路全体は実行されない。例示された経路における操舵入力は、操舵角が０となる点を通過し、追従車両４０３がさらに所望の経路４０４に収束するにつれて、僅かに他の方向（つまり、図４では右方向。）に向かうようになる。その結果、操舵入力が変動することにより、所望の経路４０４に合流される回復経路４３０を、高度連続性を有するものとすることができる。これは、操舵操作が一定である場合に、図３の純粋追求アプローチを用いて実現されるであろう低い程度の連続性を有する経路４３２とは対照的である。

このように、このアプローチ４００では、追従車両４０２は、所望の経路４０４を算出する（または所望の経路４０４を与えられる）だけではなく、経路４０４上においてその時点で先導車両４０３がいる場所の前方または後方に位置する投影（または補間）追求地点４２６を決定する。また、追従車両４０２は、周的に計算された回復軌道のいずれにおいても、その全長を走行することはないことに再び留意されたい。回復軌道のうち、僅かな部分に沿って走行するだけであり、その後、新しく外挿（投影）された追求地点４２６または追求姿勢を用いて、新しい回復軌道を周期的に再計算することを繰り返す。

追求地点４２６は、（補間されるものであっても、投影されるものであっても。）動作条件に基づいて「適切に選択」されることが望ましい。例えば、追求地点４２６が先導車両４０３に近過ぎると、追従車両４０２の動作が不安定になってしまう場合がある。ここでの適正は、一部には、タイヤの摩耗、路面状態に依存する車両の操作性、および、所望の経路に沿った任意の旋回の鋭さ（積極性）の度合いに、依存するであろう。

高度連続性経路４３０により達成される利点を考える。再び図３に注目すると、回復経路３０８は弧であることに留意されたい。もし、追従車両３０２が単純にその円弧をたどって、追求地点３０６までの道のりを走行するならば、その後、追従車両は幾分間違えた方向（図３の例では、左に寄り過ぎている方向。）を向いていることとなる。したがって、図３の回復経路３０８は、追従車両３０２を正しい向きに向けさせるために今度は鋭く右に切り返さなければならず、所望の経路３０４との連続性が低くなっている。図４の高度連続性の状況と比較してみると、２つの曲線が収束していくにつれて、すなわち点線と実線は、追従車両４０２が追求点４２６に近づくにつれて、所望の正しい方向により近づいた方向に向かう傾向にある。

先導車両と追従車両との間の距離は、衝突、制動距離、燃焼効率および他の優先されるべき考慮事項などの安全性および経済的問題によっておそらくより影響を受けるので、追従車両４０２は先導車両４０３に「直接的」に向かっては操舵しないことに留意されたい。追従車両４０２が向かう地点を、先導車両の実際の位置から離れた地点とすることによって、（つまり、補間または投影することにより得られた、必ずしも先導車両４０３が位置する地点ではない位置の追求点４２６を選択することによって、）車両間の縦方向における離間間隔を燃料効率の観点から最適な距離に制御することが可能となり、同時に、この追求点４２６の距離を制御の滑らかさという観点から最適な距離を選択することが可能となった。

別の言い方をすれば、追求姿勢に対する距離の制御を、先導車両に対する距離の制御から切り離すことにより、「先導車両までの距離」が、「操舵コントローラの最高の性能」という考慮事項以外の他の考慮事項によって規定されることが許可される。

いくつかの実装では、認識ロジックによって画像形成モデル（ＭＩＦ）が使用されることにより、追従車両に対する先導車両の現在の姿勢（ＬＦＲＰ）が決定される。例えば、認識ロジックは、追従車両上のカメラで撮像された先導車両の後部ドアの画像が与えられると、上述のようにＭＩＦを「反転（インバート）」させることができる。これは、カメラに対するドアの相対的な姿勢（ＤＣＲＰ）と呼ばれる。ＤＣＲＰは、（ａ）先導車両のトラクタのドアに対する相対的な位置を考慮するとともに、（ｂ）追従車両のトラクタに対する追従車両に搭載されるカメラの相対的な位置を考慮することにより、ＬＦＲＰに変換することができる。

先導車両がトラクタ－被牽引車の場合、被牽引車の後部ドア以外の、いずれかの位置、例えばトラクタの後車軸などを基準点として使用することが望ましい場合がある。この場合、視覚範囲内にあるのは被牽引車の後部ドア（これは、実際の基準点ではない。）だけであるので、後部ドアの位置が先導車両の基準点に対してどのように異なるのかを決定するために、追加の変換を行うことが必要になる。例えば、トラクタ－被牽引車は第５の車輪によって連結されているため、先導車両の基準点がトラクタの後車軸である場合、画像形成モデルは、旋回中に発生するオフトラックを埋め合わせるために、先導車両のトラクタと被牽引車とが直線状以外の態様で連結されている場合についても考慮する必要がある。

旋回を実現可能とするために、どのような車両の車輪でも（僅かではあっても）歪みが生じ、それはすなわち旋回する際に車輪はある僅かな量だけ旋回の外側へそれることを意味する。この横方向における加速度に起因する横方向へのスリップは、車両の重量とはそれ程関係なく発生する。車輪のスリップは、先導車両の姿勢を決定する際や、追従車両の動作を制御する際に、考慮される場合もある。

先導車両が特定の湾曲した経路をたどっている場合を考える。また、上述したように、トラクタと被牽引車との間の接続状態のために、先導車両の後部ドアがたどる正確な経路は、トラクタの後輪がたどる経路とは異なるであろうことを考える。車輪のスリップのモデルがあれば、スリップが生じたときに、先導車両の後部ドアの姿勢から先導車両の基準点の姿勢をより良好に決定できるように、先導車両のオフトラックを埋め合わせることができる。

車輪のスリップのモデル（これは、ＭＩＦの構成要素として含まれていてもよく、または認識ロジックの他の側面として含まれていてもよい。）によって、追従車両がその動作をより正確に制御するのを補助することもできる。追従車両が曲線経路を実行しようとする場合、追従車両の軌道は、いかなる入力が適用された場合でも、実際に達成される入力はそれよりも少なくなるため、追従車両の軌道や、やや大きな旋回角を入力値として要求してもよい。スリップの埋め合わせ量は、旋回がどの程度に鋭く要求されたか、車両がどの程度の速度で移動しているか、車両の相対的な操作性などの、多くの要因に依存して決まる可能性がある。

風も調整されるべき別の要因である。一般に、トラクタ－被牽引車の人間の運転者は、強風の条件下では速度を落とすか運転を停止する。特に被牽引車が空である場合はそうである。しかしながら、風の影響は、先ほど説明した横方向における加速度の例と同様の方法により扱うことができる。この状態を検出（例えば、ピトー管による検出、視覚システムによる車線に対する先導車線の位置の揺れ動きの検出、無線インターフェースからの気象情報の受信などが想定される。）できれば、軌道プランナーは、経路追従誤差を解消するために、適切な量だけオーバーステアまたはアンダーステアを行うことができる。また、プランナーが、追従車両において期待される補正が達成されていないことを検出した場合、何らかの外乱が生じていると推論することができる。

３．車線追従コントローラ１４４

３．１ 概要

いくつかの実施形態では、車線認識ロジック１２４によって提供される道路上の標識（またはジャージーバリア、交通コーン、道路端などの他の指標）は、車線追従コントローラ１４４によって使用されて、それにより、先導車両の経路をたどりながらも現在のまたは意図された走行車線車線標識の間に残存することを選択するか、試みるか、望むかを、追従車両が決定するのを支援することができる。

本明細書の他の箇所で説明したように、このような車線追従動作は中断することができ、追従車両は、先導車両が車線変更を行う間、先導車両の経路に単に従うこと（すなわち、先導車両追従コントローラ１４２のみを使用すること。）を選択することができる。この場合の先導車両の経路は、道路上の先導車両の経路、追従車両に対する先導車両の経路、又は車線標識に対する先導車両の経路のうちのいずれかの観点で定義することができる。

融合コントローラ１４５によって使用される、（車線認識ロジック１２４によって決定される）車線標識および（先導車両認識ロジック１２２によって決定される）先導車両の経路に関連付けられる相対的重みは、条件の変化に応じて、時間の経過と共に変化してもよい。例えば、先導車両が差し迫った出口ランプに進んでいる場合、融合コントローラ１４５は、先導車両の経路（および右側の車線標識）を、左側の車線標識に対して重み付けし、左側の標識は最終的には消える。逆に、先導車両が差し迫った出口ランプに進んでいない場合、融合コントローラ１４５は、最も右側の車線標識を先導車両の経路に対して重み付けを軽くすることができる。これは、その標識は最終的には高速道路から外れるからである。同様のコメントは、車線が分岐したり合流したりする場所にも適用され、また、先導車両が意図的に関連する車線標識に従っていないがそれが正しい動作であるような状況にも適用される。

したがって、車線追従コントローラ１４４は、コントローラ１４０に供給される車線に対する相対的な姿勢（ＬＲＰ）を生じさせるために、任意の技術を利用することができる。１つの具体的な方法は、追従車両に先導車両の経路をたどらせながら、車線における制約を遵守するために、利用可能な車線認識入力を用いることである。

３．２ 車線追従による先導車両の経路の検出

図５Ａに示される例では、追従車両（Ｆ）５０２は、地面に沿って先導車両（Ｌ）５０３がたどっている経路５０４についての情報を検出し、または取得する（先導車両から直接的に情報を受信するか、または、自らのセンサを用いてローカルに取得するかの、いずれかによる。）追従車両（Ｆ）は、同じ車線内にとどまりながら、その経路にとどまろうとする。経路は、一連の位置Ｐｎ，Ｐｎ＋１，．．．，Ｐｍによって定義されてもよく、あるいは他の方法で定義されてもよい。

これらの位置は、次いで、先導車両５０３からの縦方向における離間距離を導く目的等のために、追従車両５０２を制御するように用いられる。しかしながら、車線追従コントローラ１４４は、追従車両５０２の横方向における制御、すなわち道路５１０に対して横方向の相対位置の制御（例えば、車線に対する相対位置の制御）を、車線標識５１２による制約を受けるかわりに実施する。したがって、車線内における横方向の制御は、先導車両５０３と追従車両５０２との間の離間間隔つまりギャップを制御すること（例えば、オートクルーズ制御により制御されること。しばしば縦方向の制御と呼ばれるもの。）とは同じではないと理解されるべきである。車両集団は、しばしばギャップ制約、すなわち先導車両と追従車両との間の最小距離を課す。ここで、ギャップ制約は、旋回時に、追従車両が先導車両が横断したのと同じ車線にとどまることができるように、ただし先導車両からの視線距離が少なくとも一時的に短くなるように、適切に定義することができる。これにより、追従車両５０３が、視線距離を利用して、カーブを走行中に速度を上げて先導車両５０２との離間間隔を縮めるなどの傾向をなくして、追従車両５０２において車線の規律を遵守し易くすることが可能である。

先導車両認識ロジック１２２と同様に、先導車両５０４はいくつかの方法によって決定されてもよい。先導車両がたどる経路は、Ｖ２Ｖその他の無線インターフェースを介して先導車両から追従車両に送信されるＧＰＳ座標群であってもよい。しかしながら、先導車両の経路５０４は、先導車両の位置を定期的に決定するためにカメラや画像処理を使用するなどして、先導車両５０３からの入力無しで追従車両５０２の側によって決定してもよい。このような情報に基づいて、追従車両５０２は、自らに対する先導車両５０３のａ）横方向若しくはｂ）縦方向における位置、又はｃ）先導車両５０３の車輪付近の車線標識５１２に対する先導車両５０３の横方向における位置の、いずれかの組み合わせを決定することに関心があり得る。

したがって、追従車両５０２は、自らの車輪の付近の車線標識５１２に対する自らの位置を決定し使用することに関心がある。このような位置は、追従車両５０２の前方、後方、又は側方において道路上に位置する車線標識５１２を検知することのできる、追従車両５０２の車体のいずれかの位置に配置される視覚センサによって、検出することができる。車線標識５１２は、路面上にペイントされた実線または破線、または路面上の横方向における位置の測定を可能にする他の任意の物理的または他の方法により検出可能な特徴によって構成されていてもよい。このような特徴には、舗装の端、ジャージーバリア、交通コーン、ガードレールなどが含まれていてもよい。道路が雪で覆われている場合など、必要性が極めて高い場合には、衝突を回避するため、または単にその運動が車線の部分的な定義に相当すると仮定するために、隣接する車線に位置する車両から横方向における位置を算出することもできる。もう１つの極端な例として、除雪車により道路上の雪が除去される前に、雪中のタイヤ跡から横方向における位置を算出する例が挙げられる。

通常は、追従車両５０２は、先導車両５０３と同じ車線にとどまり、常に先導車両と同じ車線規律を遵守する。しかしながら、後述するように、同じ車線規律が意味するものを定義するためのいくつかの選択肢がある。追従車両５０２は常に、実質的にすぐ前方に先導車両５０３が位置する状態でなければ走行しないが、両車両が車線間を走行する場合もある。このような場合には、故意の車線変更、故意の出入口ランプへ向かっての出入り、故意に車両を路肩へ寄せる操作、衝突の回避などが挙げられる。これらについては、後に図５Ｂおよび図５Ｃに関連して説明する。

車線追従コントローラ１４４は、単に「最短経路で先導車両１０３の方に向かって運転する」のではなく、いくつかある横方向制御規律のうちのいずれかを実行してもよく、更に言えばいくつかの制御規律を様々な方法で組み合わせて実行してもよいと、理解されるべきである。いくつかの条件で使用されるいわゆる経路模倣を行う場合、追従車両５０２は、先導車両５０３が走行した経路と全く同じ経路をたどることができる。したがって、「経路模倣」状態において、追従車両は、先導車両の後ろで先導車両と同じ位置Ｐｎ，Ｐｎ＋１，．．．，Ｐｍに到達しようとする。

先導車両５０３は、人間によって運転されてもよく、あるいは、他の例では、安定した自動運転アルゴリズム（例えば、ＳＡＥレベル４または５の自律性を有するアルゴリズム。）を実行する完全に自律的な車両としてもよい。先導車両を人間によって運転されるものとすることには経済的価値があるかもしれず、一方で、追従車両が有する電子機器のほとんど又は全てが、先導車両にも複製されたかのように搭載されることには、潜在的な安全性や機能的価値があるかもしれない。１つのシナリオでは、先導車両５０３は、車両を完全に自律的なものとするためのセンサ一式を備えており、自律的なシステムによって、先導車両により検知した内容を追従車両へと報告する。

先導車両５０３を制御しているのが人間であろうと安定した自律型駆動装置であろうと、先導車両５０３は常に、追従車両５０２の経路を「証明」している。したがって、車線追従コントローラ１４４は、
追従車両５０２が、少なくとも先導車両５０３と同じぐらい安全な方法で動作されることを保証できる。これにより、追従車両５０２に課される制約が軽減され、自律的な追従車両５０２が有するロジックを、より複雑でないロジックにすることが可能となるが、それでも、先導車両に対して追従するので、より高い安全上の利益を得ることができる。

これは、図６Ａに示されるような状況６００を参照することにより、さらに理解を深めることができる。ここで先導車両５０３と追従車両５０２は、カーブを含む経路６１０を横断している。位置Ｐ１の追従車両５０２が単に位置Ｐ２の先導車両５０３「の方へ運転する」としたら、追従車両は、図６Ｂに示すように、（カーブの頂点に近づくと）中央車線から右車線へと交差して走行しようとするかもしれない。この状況は、追従車両５０２に、「先導車両の経路をたどらせる」と同時に「車線の規律を遵守させる」ことにより、回避される。

３．３ 車線検出および車線追従

狭い道路工事ゾーン、計量所、駐車場などの、路面自体に適切な車線標識が配置されていない場所や、またはジャージーバリアや交通コーンなどの特徴がない場所も、多く存在する。また、標識がない、標識が摩耗している、標識が破損している、空気中や路面に不明瞭物（天候によるものやゴミ）があるなどによって、路面に十分な車線標識がないか、十分に見えない状況もあり得る。そのような場合、経路模倣では、検出される道路上の特徴の存在に依存しないため、経路模倣は有用な横方向制御規律となる。すなわち、経路模倣では、先導車両の経路が、追従車両の経路を導き出す基準をなす。

しかし、多くの場合、車線追従の規律の方がより有用であると考えられる。この規律によれば、追従車両には、自らの車線中心オフセット量を決定または制御するための、ある程度の自律性が付与され、先導車両のオフセット量とは異なっていても、決定または制御することができる。

このような自律性を持たせる１つの動機は、人間の運転者が、疲労若しくは注意散漫によって引き起こされるか、または他の理由により引き起こされる、不十分な注意レベルのために、自らの車体を車線内でいくらか側方にドリフトさせてしまう傾向があるという事実による。さらに、風、横方向における加速度、滑りやすい表面などの、多くの瞬間的な外乱によって、先導車両が車線中心から逸脱することがある。そのような場合、追従車両に先導車両の車線中心オフセット量を正確に模倣することを要求すると危険を伴い、また、通常、正確に模倣させることに価値はない。１つのリスクは、僅かなリスクではあるが、先導車両にとってクリアな領域が、追従車両が同じ場所に到達したときに追従車両にとってはクリアではなくなっている恐れがあることである。別の１つのリスクは、多くの追従車両が互いに追従し合う場合、車線中心オフセット量の誤差が増幅される（ストリングが不安定になる（「ストリング・インスタビリティ」））傾向があることである。

これらのリスクはいずれも、追従車両に「車線内逸脱権限」、すなわち、車線内の任意の場所に移動する権限、若しくは、少なくとも日常的な動作の間、先導車両の正確な経路からある程度外れる権限
が与えられていれば、軽減される。

３．４ 車線オフセット量模倣および先導車両の経路からの一時的な逸脱

それにも関わらず、追従車両が先導車両の経路により一層近接するようにたどることが重要となる非日常的な状況が存在する。その１つのケースは、車線標識が不十分な場合であり、上に既に述べた。別の１つのケースは、車線標識があるにも関わらず、先導車両が意図的に、しかも大きく車線中心から逸脱しており、追従車両にも同じ場所で同じ操作を行うことを示唆している理由があるような場合である。上に簡単に述べたように、検出可能な車線標識がある場合に、望ましい横方向における制御規律を「車線中心オフセット量模倣」として定義することができる。このような規律により、先導車両の車線中心オフセット量を模倣するという観点から、望ましい追従車両の経路をより正確にかつ有用に定義し得る。このような定義は、追従車両の経路を先導車両の経路の推定値（相対姿勢の視覚センサの測定値と追従車両の運動履歴とから得られる。）の観点から定義する経路模倣とは区別されるものである。

図５Ｂに再び注目すると、車線追従コントローラ１４４によって実行されるロジック（先導車両と同じ車両にとどまる。）には、追従車両５０２に先導車両５０３の車線中心オフセット量を正確に模倣させることも含まれていてもよい。ここで、先導車両５０３は、約４分の１車線分だけ左側の車線にドリフトしている。したがって、追従車両５０２も、その横方向位置を調整して、中心から４分の１車線幅分だけ左を走行するようにしてもよい。

車線オフセット量模倣を用いる動機は、上記のように潜在的により高い精度が望めることと、追従車両の道路前方の視覚範囲が先導車両自体の車体によって幾分妨げられてしまうという事実に基づく。しかしながら、追従車両が短い時間の間または短い距離の間、先導車両の経路から逸脱することを否定するものではない。

先導車両５０３の車線オフセット量を模倣するか否かの判断は、難しい判断であることは明らかである。先導車両５０３が静止している障害物を回避しているときには、模倣することには明らかに価値がある。一方、先導車両５０３のオフセット量を模倣することにより追従車両５０２が自らに隣接する車両との衝突を生じてしまうときには、明らかに価値がない。ここでも、追従車両にある程度の自律性を付与することが有利に働くことが分かる。このような自律性を実現するためには、以下の２つの設計上の疑問がある。１）先導車両が意図的に逸脱しているか否か（意図的でない場合とは、例えば風にあおられた場合や運転者の不注意により逸脱している場合。）をどのようにして知るのか、そして２）意図的か否かが分かったとして、追従車両は先導車両を模倣するべきか否か。追従車両は、例えば、先導車両の瞬間的な曲がり操作を拒否できる逸脱権限（「操作拒否」権限）を有しているとしてもよいし、また、障害物を回避するための独自の操作を生成し実行できる権限（「障害物回避」権限）を有しているとしてもよい。

障害物という用語は、当該技術分野でよく使用されるため、本明細書においても使用する。障害物は、静止または移動している剛直なオブジェクトだけではなく、車両を妨げる動きをするオブジェクトも指す。障害物はさらに、特定の時間に空間内のある位置で発生する、または発生する可能性のある、その他のあらゆる危険な状態（ハザードと呼ばれることが多い。）を指す。これは、車両、人々、又は近くの不動産に対する安全上のリスクを表す場合がある。例えば、先導車両や追従車両は、道路上の窪みとなっている地点や、破片や雪で覆われいる箇所や、路面の凍結している可能性のある箇所や、人間や機械による認識が不十分な箇所等である「障害物」に遭遇することを避けるように動作してもよい。

図５Ｃに示すように、ある状況においては、先導車両５０３が中央車線から一時的に逸脱することを報知した場合（あるいは、逸脱を追従車両が検知した場合）であっても、追従車両５０２は中央車線にとどまってもよい。これは、動物が先導車両の予測経路を横切るように走った場合（例えば右から左へ横断した場合）に生じ得る。このような状況は、例えば、カメラまたは他の視覚センサを備えた追従車両によっても検出することができる。

先導車両５０３により検出された場合、先導車両５０３は追従車両５０２に対して、動物が存在したことにより一時的な逸脱が生じたことを報知することができる。あるいは、そのような状況では、先導車両は、単に自らの一時的な位置であるＰｔを追従車両には報知しないのかもしれない。次いで、追従車両５０２は、追従車両がその地点に到達するまでの間に動物は通り過ぎるであろうから、現在の車線から逸脱することなくとどまるのが安全であると決定することができる。あるいは、追従車両５０２が操作拒否権限を有していて、先導車両５０３の車線中央オフセット量を模倣し続けるのが一番安全であると判断してもよく、あるいは他の障害物回避操作を実行するのが一番安全であると判断してもよい。

４．融合コントローラ１４５

上述したように、複数の横方向制御規律を作動させ、それらの中から何らかの方法で融合コントローラ１４５を使用して選択することが有用である状況が存在する。例えば追従車両が建設ゾーン内で先導車両の経路を模倣しているが、有効な車線の端付近にジャージーバリアまたはガードレールが存在する場合、車線（例えば、ガードレール。）追従によって示される予定経路が、経路模倣によって示される予定経路よりも優先されることを許容する方が、安全である可能性がある。なぜならば、経路模倣では、追従車両が車線の端において物理的障壁に接近し過ぎるからである。別の言い方をすれば、先導車両の経路が好ましい経路であると考えることもできるが、安全上必要な場合には、車線に由来して決定される経路が選択されることにより、先導車両の経路が上書きされるものとすることができる。

他の例では、走行車線がはっきりと見える高速道路の長く延びた部分を走行する場合などには、車線由来の経路が好ましい経路であるとみなす一方、建設ゾーンに進入する場合や車線標識が見えない領域に進入する場合などには、好ましい経路が先導車両由来の経路に上書きされるものとしてもよい。

図１では、融合コントローラ１４５が２つの選択肢（車線追従または先導車両追従）の中から一方を選択することを示しているが、これらに対する更なる差異を付加することも可能であると理解されるべきである。例えば、融合コントローラは、先導車両由来の経路と、車線オフセット量の模倣により決定される経路と、を連続的に比較し、これら２つの経路がある量以上（数インチなど）にわたって不一致となった場合に、先導車両由来の経路による制御に強制的に切り替えることにしてもよい。

また、他のシナリオでは、車線由来の経路が、好ましい「通常」動作モードであってもよい。車線を定義する特徴が検出できない場合（例えば、車線標識が存在しない場合、または天候の影響によりまたは破片等により車線標識が不明瞭になっている場合。）、そのような標識が再び視認可能となるまで、先導車両の経路に追従するモードが利用されてもよい。

同じ結果が得られる方法であって、より信頼度の高い、またはより信頼度の低い方法もある。例えば、追従車両が障害物回避逸脱権限を有する場合、追従車両はそのような権限を行使し、（示唆される）車線標識の代わりに、ジャージーバリアの車線エッジを、（剛直な）障害物として扱うことも可能である。

また、上述したように、この場合、追従車両が、単純な横方向における制御規律に従って、車線の切替えを決定するのが最も確実であると考えられる。このような自律的な切替えが許容される場合、その実用的な実装には、人間が介入する仕組みや、切替えに前提条件を課す仕組みが、必要となる場合がある。

したがって、車線認識ロジック１２４は、上述した方法、その組み合わせ、または上記で参照した他の特許出願に記載されている他の方法のいずれかを用いて、車線に対する相対的な姿勢（Ｌａｎｅ Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｐｏｓｅ）を算出してもよい。

５． 実装の詳細とオプション

ここで当業者によって理解されるように、１つの例示的な実施形態では、セミトラックなどのような自律型車両の、特定の構成要素の、動作および構成が含まれる。セミトラックは、トラクタと、これに関連する被牽引車とを、含むことができる。図７の例によれば、トラクタ及び／又は被牽引車に配置された電子機器システム７００は、１つまたは複数のセンサ１１０、通信インターフェース１１５、認識ロジック１２０、コントローラ１４０、および駆動システムアクチュエータ１９０に対するインターフェース１８０を含む。

センサ１１０には、カメラ、レーダー、ソナー、又はＬＩＤＡＲなどの視覚センサ、走行距離センサやジャイロスコープなどの速度センサ、及びその他のセンサを含むことができる。いくつかの視覚センサは、自律型トラックの前方領域を包含する視覚領域を有するであろうし、他の視覚センサのいくつかは、トラクタの両側または当該トラクタに結合される被牽引車の両側から水平に広がる側方領域を包含する視覚範囲を有していてもよい。さらに他のセンサは、車線標識を観察するために、又は、路面の横方向への広がり及び／又は意図された走行車線を構成する領域に備えられる他の目印を観察するために、下向きに設けられていてもよい。

自律的な追従車両に備えられる他の電子機器には、１台又は複数台のコンピュータのようなコントローラが含まれていてもよい。コンピュータは、センサから受信したデータを処理し、１つ又は複数の条件を決定するために認識論理を実施または使用し、これらの条件に応じてプランナーロジックを実装または実行する。プランナーロジックは次いで、コントローラロジックに供給される制御シグナルを生成する。コントローラロジックは次いで、駆動システムを操作するインターフェースに供給される制御シグナルを生成する。

例えば車両間（Ｖ２Ｖ）通信インターフェースのような、無線インターフェースを経由してデータを送受信する無線トランシーバーによっても、プランナーロジックやコントローラジックで使用されるデータが供給される。

例えば、先導車両がたどっている所望の経路は、Ｖ２Ｖインターフェースを介して、先導車両から追従車両へと送信される。

駆動システムは、コントローラロジックにより提供される電子制御シグナル入力に応答する加速機構（すなわちスロットル）、制動機構、及び操舵機構を少なくとも備える。

本明細書で使用されるように、コンピュータは、１つ又は複数のマイクロプロセッサ、中央演算処理装置、グラフィック処理装置、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）及び／又はカスタム設計ハードウェアに対応する、プログラマブルデータ処理デバイスを含むことが可能である。いくつかの構成では、コンピュータ及び／又はコンピュータによって提供される装置によって実行される方法は、ソフトウェアプログラムコードの実行、例えば、コンピュータ可読命令の実行を介して、具体化される。これらの命令は、コンピューティングデバイスの１つまたは複数のメモリソースに格納することができる。プログラムコードは、プログラム、サブルーチン、プログラムの一部、ソフトウェアコンポーネント、及び／又は、１つ又は複数の指定されたタスクまたは機能を実行することができる特殊なハードウェアコンポーネントを含むことができる。モジュール又はコンポーネントは、他のモジュール又はコンポーネントからは独立して、メモリやハードウェアコンポーネントに存在することができる。あるいはこれに代えて、モジュール又はコンポーネントは、他のモジュールやプログラムやマシンと共有されるエレメントやプロセスとすることができる。

プランナー１２７は、センサ１１０、認識論理１２０、及び／又はＶ２Ｖインターフェース１１５からデータを受信し、自律的な追従車両が選択された経路に継続的に位置するようにするために、追従車両において実行されるべきアクションを決定する。

いくつかの例では、センサロジック（不図示）は、認識論理１２０に供給される前に、複数のセンサからのセンサデータ出力を融合することができる。

認識論理１２０はセンサ１１０からの入力を受信し、オブジェクトの検出および分類、先導車両の経路の決定１２８、並びに／又は先導車両の経路の補間または推定などの機能を実行する。オブジェクトの検出および分類においては、画像処理を用いて、車線標識を検出することができる。先導車両の経路は、先導車両から追従車両に送信されてもよいし、あるいは、先導車両の後部を連続的に撮像した画像を比較すると共に３Ｄ画像処理技術を使用して先導車両の一連の姿勢を導き出すことにより、認識論理１２０によって決定されてもよい。

認識論理１２０は、例えば、自律的な追従車両が使用している走行車線、車線の端又は道路の端から追従車両までの距離、および、先導車両により提供される基準点からの走行距離のうちのいずれか１つ又は複数を特定する点で、具体的であり得る。

認識出力は、ある条件で、たどられている軌道を変更させる警告を生成するように、プランナー１２７及び／又はコントローラ１４０によって処理され得る。そのような条件は、障害物の回避を含むことができる。

インターフェースは、駆動システムの個々の機構要素の制御を可能とする。これらは、推進コンポーネント（例えば、アクセルペダル、電気モータのトルク制御、操舵機構のための操舵インターフェース、制動サブシステムのための制動インターフェースなど）を電気的に（またはプログラミングを通じて）制御するためのインターフェースを含むことができる。指令には、軌道入力（例えば、操舵、推進、制動）および自律型トラックの動作状態（例えば、所望の速度および姿勢、加速など）を指定する１つ又は複数の他の方法を含むことができる。

コントローラロジック１４０はさらに、運動センサ１２０（例えば、距離および速度を測定するための走行距離センサ又は速度センサ、または回転速度を測定するためのジャイロスコープ）からの入力を受信することができる。また、理想の動きと測定された動きとの差を監視し、差を排除するために、駆動システムに供給する制御シグナルを調整する、フィードバック制御などの機能が実行されてもよい。

例えば、コントローラから生成された指令は、ある時間にある動作を行っている間に自律的な追従車両が占めるべき道路の部分に沿った相対位置または絶対位置（例えば、現在の車線に対する追従車両自体の横方向位置、または先導車両からの離間距離）を指定することができる。指令によって、速度、制動動作や加速操作による加速度（または減速度）の変化、または回転動作などを指定することができる。コントローラは、指令を変換して、対応する機械的インターフェースのための制御シグナルとする。制御シグナルは、大きさ、持続時間、周波数、若しくはパルス、又はその他の電気的特性と相互関係を有するアナログ電気シグナルまたはデジタル電気シグナルの形式をとり得る。

６．利点

ここで、上述した方法および装置の多くの利点が明らかになるはずである。これらは、（高速道路上または高速道路上以外において）車線標識がない（または不十分な）場合にナビゲーションの基礎として使用することができる。また、車線変更操作時や障害物回避時など、必要がある場合には、車線標識と共に使用することもできる。また、建設ゾーン、休憩所、料金所などの、車線標識が存在するかまたは容易に認識できない可能性がある場所での操作に使用することも可能である。これらは、エラー回復ルーチンの基礎を形成することができる。

このアプローチを可能にするために、先導車両から追従車両に対して何らかの情報を伝達する必要はない。同様に、追従車両のセンシング、コンピューティング、およびソフトウェアのみを使用して、何等かの情報を伝達する代わりに、先導車両がａ）時間の経過とともにｂ）任意の時点で追従車両に対して表現された経路について、先導車両がたどった経路についての理解を形成することができる。

経路回復軌道を先導車両の現在位置から切り離すことで、先導車両に向かって運転する必要性を無くすことができる。追従車両は、代わりに、先導車両の経路に向かって走行することができる。

経路追従誤差の理解を深めることは、追従車両に理想の経路を回復する傾向を持たせるために、任意のタイプのコントローラで使用することができる。

また、車線への追従、車線変更、障害物回避など、追従車両の動作に追加の制約や目的を課し、異なる重み付けをする機能も提供する。

追従車両は、先導車両の経路から意図的に逸脱して、車両集団を縦列状態または並列状態またはその他の構成で動作できるようにすることを選択してもよい。

また、エラーが発生したときに車両集団が車線内で停止し、エラーが発生したときに道路の脇へ引っ張り、料金所または計量所で一時停止し、出口ランプをたどって休憩所に到達して駐車し、追従車両の運転者を目覚めさせることなく再開できるように、運動を開始または停止する機能を提供する。

７．その他の見解

上記の説明には、いくつかの例示的な実施形態が含まれている。特定の特徴が複数の実施形態のうちの１つだけに関して開示されていたかもしれないが、その特定の特徴は、任意の与えられた用途または特定の用途に対して所望されるようにそして有利となるように、他の実施形態の１つ又は複数の他の特徴と組み合わされてもよいと理解されるべきである。もちろん、本明細書における技術革新を説明する目的で、想定される全ての構成要素または方法の組み合わせを示すことは不可能であり、当業者は、今や、上記の説明に照らして、多くの更なる組合せおよび変更が可能であると認識することができる。また、詳細な説明または特許請求の範囲のいずれかに「含む」、「含まれている」、およびその変化形が使用されているが、この限りでは、これらの用語は、「備える」という用語と同様に、非限定的な意味を意図している。

また、ブロック図やフロー図は、より多くのまたはより少数の要素を含むことができ、異なる配置とすることができ、また、異なる表現でも記載され得ると、理解されるべきである。本明細書に記載されるコンピューティングデバイス、プロセッサ、コントローラ、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、または命令は、特定の選択された動作および／または機能のみを実行することもできる。したがって、１つまたは複数のこのようなコンポーネントがある特定の機能のみを提供するものとして記載されていても、それは単に便宜上そのように記載したに過ぎないと理解されたい。

フロー図に関して上に一連のステップを示したが、ステップの順序は、他の実施形態において変更されてもよい。さらに、操作及びステップは、追加の又は他のモジュールまたはエンティティによって実行されてもよく、これらは他のモジュール又はエンティティを形成するために結合または分離されてもよい。例えば、特定の図面を用いて一連のステップについて説明したが、原理が本明細書で説明したのと一致する他の実施形態において、ステップの順序を変更してもよい。さらに、他のステップに依存しないステップは、並行して実行されてもよい。さらに、開示された実施形態においては、ハードウェアの任意の特定の組み合わせに限定されなくてもよい。

本明細書で使用されるどの要素、動作、又は命令も、明示的な記載がない限り、本開示において重要または不可欠であると解釈されるべきではない。また、本明細書で使用される場合、冠詞「ａ」はその要素を１つ又は複数含むことを意味している。ただ１つの要素のみを意味する場合、「１つ」という用語またはそれと類似の用語が使用される。さらに、「～に基づく」というフレーズは、明示的な記載がない限り、「少なくとも部分的に、～に基づく」を意味することが意図される。

よって、この特許の対象となる主題は、以下に続く特許請求の範囲の趣旨と範囲に属する全てのそのような変更、修正、同等物、および変形を包含することを意図している。

Claims (21)

1. 複数の車両を集団で操作する方法であって、前記車両には先導車両と追従車両とが含まれ、当該方法は、
   前記追従車両において、
   センサに基づく位置追跡を用いて、経路に沿った前記先導車両の縦方向位置を検出する工程であって、前記先導車両と通信を行うことなく、また前記位置の前記先導車両による通信を行うこともない、検出する工程；
   前記先導車両が前記経路に沿って同じ縦方向位置に到達するように、１つ又は複数の車両制御入力を操作する工程；及び、
   前記先導車両の基準点を、前記追従車両が各縦方向位置に到達したときに、前記追従車両の対応する基準点も、前記先導車両がその縦方向位置と同じ場所に位置していたときの前記先導車両の対応する基準点と同じ横方向位置に到達するように、前記先導車両の基準点を決定することにより、前記経路に沿った前記追従車両の横方向位置を制御する工程；
   を備える、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記基準点は、前記先導車両の車両形状のモデルから算出される方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、当該方法はさらに、
   前記追従車両がその時点で前記経路上に存在しないことを検知する工程、及び、
   先導車両－追従車両間の相対的な姿勢に基づいて、回復経路を決定する工程、
   を備える、方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、前記回復経路を決定する工程はさらに、以下の工程：
   前記先導車両のいまの姿勢を検出する工程；
   過去を補間するか未来を推定するかのいずれかにより、前記先導車両のいまの姿勢から、理想の経路に沿った追求姿勢を推定し算出する工程；
   を備える、方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、さらに、前記追求姿勢は、前記先導車両－追従車両間の相対的な姿勢のみに基づいて算出される距離とは独立した距離である、方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、横方向位置を制御する工程は、車両間の縦方向の理想的な離間間隔とは独立して制御される工程である、方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、前記基準点が、カメラに対するドアの相対的な姿勢に依存している、方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、前記基準点は、後部ドア上やその他の前記先導車両の可視的な部品上ではない、前記先導車両上の他の位置にある、方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、前記基準点が、前記先導車両の画像形成モデルから算出される、方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
    前記追従車両において、以下の工程：
    前記経路に沿った１つ又は複数の車線標識、障壁、及び／又は舗装端のうちの１つ又は複数を使用して検出することにより、車線相対姿勢（ＬＲＰ）を提供する工程；
    １つ又は複数のセンサから、先導車両－追従車両間の相対的な姿勢（ＬＦＲＰ）を決定する工程；
    条件に応じて、ＬＦＲＰ若しくはＬＲＰに基づき、又はＬＦＲＰ及びＬＲＰの両方の組み合わせに基づき、回復軌道を選択的に決定する工程；
    を備える、方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、前記条件は、車線標識、障壁、及び／又は舗道のうちの１つ又は複数が、十分な信頼度で検出できないことであり、その場合、さらに、
    前記ＬＲＰではなく前記ＬＦＲＰのみに基づき、前記回復軌道を決定する工程
    を行う、方法。
12. 請求項１０に記載の方法であって、前記条件は、車線標識、障壁、及び／又は舗道のうちの１つ又は複数が、検出可能であることであり、その場合、さらに、
    前記ＬＦＲＰではなく前記ＬＲＰのみに基づき、前記回復軌道を決定する工程
    を行う、方法。
13. 請求項１０に記載の方法であって、前記条件は、縦列状態、並列状態、若しくは両状態のいくつかの組み合わせから走行開始または走行停止することである、方法。
14. 請求項１０に記載の方法であって、前記条件は、並列状態となるように走行停止することであり、
    前記追従車両において、さらに、
    前記先導車両によってたどられる経路上の少なくとも１つの位置から横方向若しくは縦方向又は両方向にオフセットされたオフセット経路を決定する工程
    をさらに備える、方法。
15. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記ＬＲＰが、いま前記追従車両が占領している車線とは異なる車線に基づいて、決定される、方法。
16. 複数の車両を集団で操作する方法であって、前記車両には先導車両と追従車両とが含まれ、当該方法は、
    前記追従車両において、
    経路に沿った前記先導車両の位置を決定する工程；
    １つ又は複数のセンサを使用して、車線標識、障壁、舗装端、又はその他の走行車線の属性のうちの１つ又は複数を検出することにより、前記追従車両の走行車線を決定する工程；及び、
    前記走行車線に追従するか、前記先導車両に追従するかの、いずれかによって、前記追従車両の位置を選択的に制御する工程；
    を備える、方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、前記センサを使用して前記走行車線を検出することができないとき、前記先導車両に追従することにより前記追従車両の位置を制御する工程を行う、方法。
18. 請求項１６に記載の方法であって、さらに、
    前記１つ又は複数のセンサにより、前記先導車両の車線中心オフセット量を決定する工程、を備え、
    前記追従車両の車線中心オフセット量を決定できないとき、前記先導車両に追従することにより前記追従車両の車線中心オフセット位置を制御する工程を備える、方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、前記追従車両の位置を選択的に制御する工程はさらに、以下の工程：
    第１の状態において、前記走行車線に基づいて前記追従車両の位置を制御する工程；
    第２の状態において、前記先導車両の位置に基づいて前記追従車両の位置を制御する工程；及び、
    第３の状態において、前記走行車線に基づいて前記追従車両の位置を制御する工程；
    を備える、方法。
20. 自律型セミトラックであって、
    被牽引車に結合されるトラクタと、
    前記自律型セミトラックを駆動するように操作可能な駆動システムであって、少なくとも操舵制御を含む駆動システムと、
    前記自律型セミトラックにアクセス可能な１つ又は複数のセンサと、
    処理リソースを含む制御システムと、
    を備え、
    前記処理リソースは、前記制御システムに以下：
    前記センサからのデータを受信すること；
    前記データに基づいて、先導車両－追従車両間の相対的な姿勢（ＬＦＲＰ）を決定すること；及び、
    前記ＬＦＲＰに基づいて前記制御システムを操作すること
    を行わせるための指令を実行する、
    自律型セミトラック。
21. 請求項２０に記載の装置であって、前記制御システムはさらに、
    現在の前記ＬＦＲＰではないが、理想経路上の姿勢である追求姿勢を、計算する
    ように動作する、装置。

Images