JP2023050720A - 制御方法及び制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】目標経路に対する追従性を高めた車両用の制御方法を提供すること。【解決手段】目標の軌跡に沿って車両２を走行させるための制御方法は、磁気マーカ１０に対する横方向の偏差を計測する処理と、車両方位を取得する処理と、磁気マーカ１０に対する横方向の偏差及び車両方位に基づき、車両２の前後方向において磁気ユニットとは異なる位置に設定された制御点につき、目標の軌跡に対する横方向の偏差を演算する処理と、制御点の横方向の偏差をゼロに近づけるための舵角の制御目標である指示舵角を演算する処理と、指示舵角を制御目標として操舵輪の舵角を制御する処理と、を含んでいる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両を走行させるための制御方法及び制御システムに関する。

従来、工場や物流倉庫などにおいて、自動搬送車が広く活用されている。自動搬送車を自動走行させるためのシステムとしては、床面に敷設された磁気テープを利用するシステムが知られている（例えば特許文献１参照。）。このシステムでは、磁気テープに対する車両の横方向の偏差が検出され、この偏差を抑えるように車両が操舵される。

特開２０１１－００８５９８号公報

しかしながら、前記従来のシステムでは、次のような問題がある。すなわち、磁気テープに追従する際に操舵の遅れが生じると車両が目標の軌跡から外れるおそれが生じ、このおそれを未然に回避するために車速を十分に抑える必要がある。

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、目標経路に対する追従性を高めた車両用の制御方法及び制御システムを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、目標の軌跡に沿って車両を走行させるための制御方法であって、
前記車両は、走路に配設された磁気マーカに対する横方向の偏差を計測する磁気ユニットと、車両の前後方向の向きである車両方位を取得する回路と、前記目標の軌跡に対する制御点の横方法の偏差をゼロに近づけるように車両の操舵輪の舵角を制御する回路と、を備えており、
前記磁気マーカに対する横方向の偏差を計測する処理と、
前記車両方位を取得する処理と、
前記磁気マーカに対する横方向の偏差及び前記車両方位に基づき、車両の前後方向において前記磁気ユニットとは異なる位置に設定された制御点につき、前記目標の軌跡に対する当該制御点の横方向の偏差を演算する処理と、
前記制御点の横方向の偏差をゼロに近づけるための前記舵角の制御目標である指示舵角を演算する処理と、
当該指示舵角を制御目標として前記操舵輪の舵角を制御する処理と、を含む制御方法にある。

本発明の一態様は、目標の軌跡に沿って車両を走行させるための制御システムであって、
走路に配設された磁気マーカに対する横方向の偏差を計測する磁気ユニットと、
車両の前後方向の向きである車両方位を取得する回路と、
前記磁気マーカに対する横方向の偏差及び前記車両方位に基づき、車両の前後方向において前記磁気ユニットとは異なる位置に設定された制御点につき、前記目標の軌跡に対する当該制御点の横方向の偏差を演算する回路と、
前記制御点の横方法の偏差をゼロに近づけるように車両の操舵輪の舵角の制御目標である指示舵角を演算し、当該指示舵角を制御目標として前記操舵輪の舵角を制御する回路と、を含む制御システムにある。

本発明に係る車両用の制御方法及び制御システムでは、磁気マーカに対する横方向の偏差を計測する磁気ユニットに対して、車両の前後方向における異なる位置に制御点が設定されている。そして、この制御方法及び制御システムでは、目標の軌跡に対する制御点の横方向の偏差をゼロに近づけるように操舵輪の舵角が制御される。制御点の横方向の偏差は、磁気マーカに対する横方向の偏差及び車両方位に基づいて演算される。

車両方位及び磁気マーカに対する横方向の偏差に基づけば、車両の前後方向において磁気ユニットとは位置が異なる制御点について、目標の軌跡に対する横方向の偏差を精度高く特定できる。車両の前後方向における位置が磁気ユニットとは異なる制御点を設定すれば、車両の前後方向における磁気ユニットの位置に関わらず、車両の制御性を向上でき、目標の軌跡に対する車両の追従性を向上できる。

走路を例示する説明図。 磁気マーカの説明図。 ２つの磁気マーカが配設された特別エリアの説明図。 車両の説明図。 車両（先頭車両）のシステム構成図。 磁気センサアレイのシステム構成図。 磁気マーカの真上を通過する磁気センサが出力する進行方向の磁気計測値の時間変化を例示するグラフ。 磁気センサＣ１～Ｃ１５による車幅方向の磁気計測値の分布を例示するグラフ。 磁気マーカ１０が検出された場合の動作の流れを示すフロー図。 １つの磁気マーカを利用して特定される車両方位の説明図。 ２つの磁気マーカを利用して特定される車両方位の説明図。 先頭車両と台車の模式図。 車両の各点の軌跡を例示する説明図。 目標の軌跡を例示する説明図。 前方注視距離Ｌｆと車速Ｖとの関係を示すグラフ。 直線路において車両（先頭車両）に設定される制御点の説明図。 曲線路において車両（先頭車両）に設定される制御点の説明図。 特別エリアの磁気マーカが検出されたときの制御点の横偏差ｅｙの特定方法の説明図。 非特別エリアの磁気マーカが検出されたときの制御点の横偏差ｅｙの特定方法の説明図。 ＩＭＵが推定する車両方位の説明図。 隣り合う磁気マーカ（Ｎ極）の中間を走行中の制御点ＣＴの横偏差ｅｙの特定方法の説明図。 オフセット距離Ｌｏをゼロとした場合の実証実験の結果を示すグラフ。 オフセット距離Ｌｏを設定した場合の実証実験の結果を示すグラフ。 特別エリアを通過した際の車両の制御結果を示すグラフ。 磁気マーカ１０が検出された場合の動作の流れの別例を示すフロー図。

本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
本例は、走路１００に沿って車両２を走行させるための制御方法及び制御システム１に関する例である。この内容について、図１～図２５を用いて説明する。

車両２の走行環境は、例えば、工場や物流倉庫などの屋内環境や、工場などの敷地内の屋外環境など、である。車両２が走行する際の目標の軌跡としては、工場や物流倉庫などで設定された走路１００（例えば図１）をはみ出すことなく走行するための軌跡が設定される。

走路１００（図１）は、例えば、幅約２ｍの一方通行のオーバル形状の周回走路である。走路１００は、直線路１００Ｓと、曲線路１００Ｃと、を組み合わせて構成されている。本例の構成では、走路１００のほぼ中央に沿うように磁気マーカ１０が配列されている。磁気発生源としての磁気マーカ１０は、車両２が目標の軌跡に沿って走行するための目印の一例をなしている。

本例では、図１のごとく、例えば２ｍなどの所定の間隔で、磁気マーカ１０の配設箇所が設けられている。さらに、磁気マーカ１０の配設箇所の中には、２つの磁気マーカ１０が、より短い間隔（本例では０．５ｍ。既知の間隔の一例。）で隣り合わせて配置された特別エリア１０Ａ（図１及び図３）が含まれている。なお、特別エリア１０Ａにおける磁気マーカ１０の間隔は、規定の距離である必要があるが、磁気マーカ１０の配設箇所の間隔については、一定の間隔であることは必須の要件ではない。

特別エリア１０Ａの２つの磁気マーカ１０のうちの下流側の磁気マーカ１０が、特別エリア１０Ａに対して隣り合う上流側及び下流側の他の磁気マーカ１０と前記所定の間隔で位置している。一方、上流側の磁気マーカ１０は、特別エリア１０Ａに対して上流側に隣り合う他の磁気マーカ１０との間隔が前記所定の間隔よりも狭くなっている。

なお、特別エリア１０Ａでは、上流側の磁気マーカ１０の上面が例えばＳ極となり、下流側の磁気マーカ１０の上面が例えばＮ極となるように、２つの磁気マーカ１０が配設されている。非特別エリアの磁気マーカ１０は、上面が例えばＮ極となるように配設されている。このように磁気マーカ１０を配設すれば、Ｓ極の磁気マーカ１０の検出に応じて、特別エリア１０Ａに到達したことを車両２側で容易に検知できるようになる。

特別エリア１０Ａは、２つの磁気マーカ１０を利用し、車両２の絶対方位（車両方位）や絶対位置（車両位置）を特定するためのエリアである。特別エリア１０Ａにおける２つの磁気マーカ１０は、絶対方位が既知の方向に沿って配置されている。特別エリア１０Ａは、例えば、曲線路１００Ｃの手前及び直後に設けられている。曲線路１００Ｃの手前に特別エリア１０Ａを設ければ、曲線路１００Ｃへの進入の際、車両方位、車両位置の特定精度を確保でき、曲線路１００Ｃを走行中の制御精度を高く確保できる。また、曲線路１００Ｃの直後に特別エリア１０Ａを設ければ、車両方位の変動に起因して生じ得る角度的な誤差や位置的な誤差を、曲線路１００Ｃを通過した後で直ちに補正できる。このような補正によれば、曲線路１００Ｃを通過した後の直線路１００Ｓの制御に、角度的あるいは位置的な誤差の影響が及ぶおそれを抑制できる。

磁気マーカ１０は、図２のごとく、直径５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状をなす永久磁石である。磁気マーカ１０は、走路１００の表面をなす路面に貼り付け可能である。個片状の磁気マーカ１０は、磁気テープと比べて床面等への貼付けが容易である。特に、直線状の磁気テープは、曲線状の貼付けが難しく皺などを生じ易い一方、個片状の磁気マーカ１０であれば、曲線路への配設が容易である。さらに、磁気マーカ１０は、貼り換えが容易であるので、ルート変更など走路１００の形状変更への対応が容易である。

磁気マーカ１０をなす磁石は、磁性材料である酸化鉄の磁粉を基材である高分子材料中に分散させたフェライトラバーマグネットである。なお、本例のシート状の磁気マーカ１０に代えて、柱状の磁気マーカを採用しても良い。柱状の磁気マーカの場合、路面に穿設された孔に収容すると良い。

次に、本例の制御システム１を構成する車両２について説明する。車両２は、図４のごとく、駆動輪を備える先頭車両２１と、この先頭車両２１に牽引される四輪の台車２２と、により構成されている。先頭車両２１は、長さ２ｍ、幅１ｍであり、台車２２は、長さ２ｍ、幅１ｍである。なお、本例では、前輪軸２１１Ａと後輪軸２１２Ａとの軸間距離をＬｗとし、磁気センサアレイ３と後輪軸２１２Ａとの距離をＬｍとする。

先頭車両２１は、操舵輪である左右一対の前輪２１１と、駆動輪である後輪２１２と、を有している。後輪２１２は、回転軸の軸方向が固定された固定輪である。先頭車両２１の後部には、台車２２を牽引するための牽引フック２１９が設けられている。また、先頭車両２１の最後尾には、棒状の磁気センサアレイ３が取り付けられている。

台車２２は、先頭車両２１あるいは先行する台車２２に連結するための連結バー２２０を有すると共に、後続する台車２２を連結するための連結フック２２９を備えている。台車２２は、左右一対の従動輪２２１を前部に、左右一対の固定輪２２２を後部に備えている。先頭車両２１には、複数台の台車２２を連結可能である。

先頭車両２１のシステム構成について図５を参照して説明する。先頭車両２１は、磁気検出を行う装置の一例である磁気センサアレイ３、車両２の走行を制御する制御ユニット４０、慣性航法を実現するためのＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）４２、後輪２１２を回転駆動するモータユニット４４、操舵輪である前輪２１１を操舵する操舵ユニット４６、などを含んで構成されている。

磁気センサアレイ３（図６）は、複数の磁気センサＣｎが一直線上に配列された棒状の磁気ユニットであり、先頭車両２１の車幅方向に沿うように取り付けられる（図４参照。）。特に、本例の構成では、後輪軸２１２Ａ（図４）よりも後ろ側に当たる先頭車両２１の最後尾に磁気センサアレイ３が取り付けられている。走路１００（図１）の床面を基準とした磁気センサアレイ３の取り付け高さは、１００ｍｍとなっている。

磁気センサアレイ３（図６）は、一直線上に配列された１５個の磁気センサＣｎ（ｎは１～１５の整数）と、図示しないＣＰＵ等を内蔵した検出処理回路３２と、を備えている。棒状の磁気センサアレイ３では、その長手方向に沿って１５個の磁気センサＣｎが５ｃｍ間隔で配列されている。車幅方向に沿うように磁気センサアレイ３が先頭車両２１に取り付けられたとき、車両２（先頭車両２１）の車幅方向（横方向）に沿って１５個の磁気センサＣｎが一直線上に配列されることになる。本例の構成では、磁気センサＣ１が車両２（先頭車両２１）の左側に位置し、磁気センサＣ１５が車両２の右側に位置している。

磁気センサＣｎは、アモルファスワイヤなどの感磁体のインピーダンスが外部磁界に応じて敏感に変化するという公知のＭＩ効果（Magnet Impedance Effect）を利用して磁気を検出するセンサである。磁気センサＣｎは、直線状のアモルファスワイヤの長手方向に磁気的な感度を有している。

各磁気センサＣｎでは、直線状のアモルファスワイヤなどの２本の感磁体（図示略）が、互いに直交する２軸方向に沿って配置されている。各磁気センサＣｎは、感磁体の軸方向に沿って作用する磁気成分の検出が可能である。磁気センサアレイ３では、各磁気センサＣｎが備える２本の感磁体の軸方向が、それぞれ、一致するように磁気センサＣｎが組み込まれている。磁気センサアレイ３は、各磁気センサＣｎが進行方向及び車幅方向の磁気成分を検出できるよう、先頭車両２１に取り付けられる。なお、進行方向とは、車両２（先頭車両２１）の前後方向に一致する方向である。

磁気センサアレイ３が備える検出処理回路３２（図６）は、磁気マーカ１０を検出するためのマーカ検出処理を実行する演算回路である。検出処理回路３２は、図示は省略するが、各種の演算を実行するＣＰＵ（central processing unit）のほか、ＲＯＭ（read only memory）やＲＡＭ（random access memory）などのメモリ素子等を利用して構成されている。

検出処理回路３２は、各磁気センサＣｎが出力するセンサ信号を３ｋＨｚの周波数で取得してマーカ検出処理を実行する。検出処理回路３２は、マーカ検出処理の検出結果を制御ユニット４０に入力する。詳しくは後述するが、このマーカ検出処理では、磁気マーカ１０の検出に加えて、目印の一例をなす磁気マーカ１０に対する相対位置の一例として、横方向（車幅方向）の偏差が計測されて特定される。

ＩＭＵ４２（図５）は、慣性航法により先頭車両２１の相対位置や車両方位などを推定するユニットである。ＩＭＵ４２は、図示は省略するが、方位を計測する電子コンパスである２軸磁気センサ、加速度を計測する２軸加速度センサ、ｙａｗ軸回りの角速度を計測する２軸ジャイロセンサ等、を備えている。ここで、ｙａｗ軸は、鉛直方向の軸である。

ＩＭＵ４２は、計測加速度の二重積分により変位量を演算すると共に、計測角速度の積分により先頭車両２１の相対方位を演算する。ＩＭＵ４２は、この相対方位を基準方位（絶対方位）に加算することで、時々刻々の車両方位を推定する。なお、慣性航法の基準方位としては、例えば、所定の駐車位置に車両２が駐車されたときの絶対方位や、特別エリア１０Ａにて特定された車両２の絶対方位（車両方位）を利用できる。ＩＭＵ４２は、時々刻々の車両方位に沿って変位量を積算することにより、絶対位置が既知の車両位置に対する相対位置（変位位置）を推定する。

なお、磁気マーカ１０の検出に応じて車両位置（絶対位置）が特定される毎に、その車両位置によって慣性航法の基準位置が更新されると共に、相対位置がゼロリセットされる。特別エリア１０Ａであるか否かによらず、磁気マーカ１０の検出に応じて車両位置を特定可能である。詳しくは後述するが、特別エリア１０Ａでは、より精度高く車両２の絶対位置（車両位置）を特定可能である。

制御ユニット４０は、先頭車両２１の走行を制御するユニットである。制御ユニット４０は、操舵ユニット４６やモータユニット４４を介して前輪２１１の舵角や後輪２１２の回転角速度を制御する。制御ユニット４０は、各種の演算を実行するＣＰＵのほか、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ素子等を含めて構成された電子回路（図示略）を備えている。ＲＯＭの記憶領域には、磁気センサアレイ３と後輪軸２１２Ａとの間の前後方向の距離Ｌｍや、前輪軸２１１Ａと後輪軸２１２Ａとの軸間距離Ｌｗ、等の車両スペック情報が格納されている。また、ＲＡＭの記憶領域には、特別エリア１０Ａにおいて、車両位置の補正である位置補正、及び車両方位の補正である角度補正、を実行するための制御フラグである補正フラグの記憶領域が設けられている。

制御ユニット４０には、磁気センサアレイ３、操舵ユニット４６、モータユニット４４、に加えて、地図データベース４８、後輪２１２の回転に応じてパルスを出力する車輪速ユニット４４２が接続されている。制御ユニット４０は、車輪速ユニット４４２が出力するパルスを利用して車速を特定する。

地図データベース４８は、走路１００の形状を表すマップデータを記憶するデータベースである。マップデータが表す地図上では、走路１００に配設されたＮ極の磁気マーカ１０がひも付けられている。マップデータを参照すれば、Ｎ極の磁気マーカ１０の位置を特定可能である。なお、Ｎ極の磁気マーカ１０は、特別エリア１０Ａの上流側のＳ極の磁気マーカを除く磁気マーカである。また、特別エリア１０Ａの下流側のＮ極の磁気マーカ１０に対しては、特別エリア１０Ａの２つの磁気マーカ１０を結ぶ線分の絶対方位を表す方位データがひも付けられている。

マップデータには、車両２が走行する際の目標の軌跡を割り付け可能である。目標の軌跡は、車両２を通過させる経路に応じて適宜、設定されマップデータに割り付けられる。マップデータを参照すれば、走路１００の進行方向における各位置において、目標の軌跡を特定可能である。

本例では、直線路１００Ｓおよび曲線路１００Ｃの両方について、車両２を通過させる経路として、磁気センサアレイ３の中央に位置する磁気センサＣ８が磁気マーカ１０の真上を通過する経路が設定されている。本例では、磁気マーカ１０を滑らかに結ぶ線が目標の軌跡として設定されている。なお、これに代えて、磁気マーカ１０に対して、例えば、右側にずれて車両２を走行させたい場合には、磁気マーカ１０を滑らかに結ぶ線に対して右側にずれている目標の軌跡を設定すれば良い。あるいは直線路１００Ｓでは、磁気マーカ１０の真上を通過させる一方、曲線路１００Ｃでは、磁気マーカ１０を滑らかに結ぶ線よりも大回りで車両２を走行させたい場合には、直線路１００Ｓと曲線路１００Ｃとで、磁気マーカ１０を滑らかに結ぶ線に対する目標の軌跡の位置的な関係を異ならせると良い。すなわち、直線路１００Ｓでは、磁気マーカ１０を滑らかに結ぶ線に一致する目標の軌跡を設定する一方、曲線路１００Ｃでは、磁気マーカ１０を滑らかに結ぶ線よりもカーブの外側に膨らむように目標の軌跡を設定すると良い。このように、磁気マーカ１０と目標の軌跡との関係は一義的なものではなく、車両２を走行させたい経路（通過させる経路）や、車両２の仕様や、車速などの車両２の走行状況、等に応じて適宜、変更すると良い。

制御ユニット４０は、操舵ユニット４６やモータユニット４４に対し、制御目標値を入力する。操舵ユニット４６に対する制御目標値は、前輪２１１の舵角の制御目標である指示舵角である。モータユニット４４に対する制御目標値は、後輪２１２の回転角速度の制御目標である指示回転角速度である。

制御ユニット４０は、以下の各回路としての機能を備えている。
（１）車両２の絶対位置（車両位置）を取得する回路：マーカ検出結果あるいはＩＭＵ４２が推定する相対位置等を利用し、車両位置を演算により求めて取得する。
（２）車両２の絶対方位（車両方位）を取得する回路：特別エリア１０Ａの磁気マーカ１０を利用して車両方位を特定するか、あるいはＩＭＵ４２が推定する車両方位を読み出すことで、車両２の絶対方位を取得する。
（３）制御点を設定する回路：前方注視距離の分だけ、磁気センサアレイ３よりも前方の位置に制御点（前方注視点）を設定する。
（４）目標の軌跡を設定する回路：制御点が通過するべき目標の軌跡を演算により求めて設定する。なお、上記のごとく本例では、磁気マーカ１０を滑らかに結ぶ線が、目標の軌跡として設定され、マップデータに割り付けられている。
（５）制御点の横方向の偏差を特定する回路：磁気マーカ１０に対する横方向の偏差を、目標の軌跡に対する制御点の横方向の偏差に変換する。
（６）制御目標値を演算する回路：制御点の横方向の偏差（横偏差）に基づいて指示舵角などの制御目標値を演算する。

以下、本例の制御システム１における（ａ）マーカ検出処理、（ｂ）マーカ検出時の切替動作、（ｃ）特別エリア１０Ａでの方位特定処理、（ｄ）目標の軌跡の設定、（ｅ）制御方法、（ｆ）制御点の設定、（ｇ）制御点の横方向の偏差の特定、（ｈ）制御結果、について順番に説明する。ここで、制御点は、目標の軌跡に追従させようとする制御対象点であり、本例の構成では、磁気センサアレイ３よりも前方に設定される。

（ａ）マーカ検出処理
マーカ検出処理は、装置の一例をなす磁気センサアレイ３が実行する処理である。上記の通り、磁気センサアレイ３は、３ｋＨｚの周波数でマーカ検出処理を実行する。磁気センサＣｎは、車両２（先頭車両２１）の進行方向（前後方向）及び車幅方向の磁気成分を計測可能である。例えばこの磁気センサＣｎが、進行方向に移動して磁気マーカ１０の真上を通過するとき、進行方向の磁気計測値は、図７のごとく磁気マーカ１０の前後で正負が反転すると共に、磁気マーカ１０の真上の位置でゼロを交差するように時間的に変化する。車両２の走行中では、いずれかの磁気センサＣｎが検出する進行方向の磁気計測値について、その正負が反転するゼロクロスＺｃ１が生じたとき、磁気センサアレイ３が磁気マーカ１０の真上に位置すると判断できる。検出処理回路３２は、このように磁気センサアレイ３が磁気マーカ１０の真上に位置し進行方向の磁気計測値のゼロクロスＺｃ１が生じたとき、磁気マーカ１０を検出したと判断する。

また例えば、磁気センサＣｎと同じ仕様の磁気センサについて、磁気マーカ１０の真上を通過する車幅方向に沿う移動を想定する。この場合、車幅方向の磁気計測値は、磁気マーカ１０を挟んだ両側で正負が反転すると共に、磁気マーカ１０の真上の位置でゼロを交差するように変化する。したがって、１５個の磁気センサＣｎを車幅方向に配列した磁気センサアレイ３では、磁気マーカ１０を介してどちらの側にあるかによって磁気センサＣｎが検出する車幅方向の磁気計測値の正負が異なってくる（図８）。

各磁気センサＣｎの車幅方向の磁気計測値を例示する図８の分布では、車幅方向の磁気計測値の正負が反転するゼロクロスＺｃ２が、磁気マーカ１０の真上に現れる。同図中のゼロクロスＺｃ２の位置は、磁気マーカ１０の車幅方向（横方向）の位置を表している。磁気マーカ１０の車幅方向の位置は、例えば、ゼロクロスＺｃ２を挟んで隣り合う２つの磁気センサＣｎの中間の位置として特定可能である。

検出処理回路３２は、磁気マーカ１０に対する車両２（先頭車両２１）の横方向（車幅方向）の偏差を計測する。本例では、磁気センサアレイ３の中央の磁気センサＣ８が、車両２（先頭車両２１）の中心軸上にある。例えば図８の場合、磁気マーカ１０に対応するゼロクロスＺｃ２の位置がＣ９とＣ１０との中間辺りのＣ９．５に相当する位置となっている。上記のように磁気センサＣ９とＣ１０の間隔は５ｃｍであるから、磁気マーカ１０に対する車両２（先頭車両２１）の横方向の偏差（相対位置）は、磁気センサＣ８を基準として（９．５－８）×５ｃｍ＝７．５ｃｍとなる。同図の例は、走路１００の中で車両２（先頭車両２１）が左寄りとなった場合の例である。なお、横方向の偏差の正負は、磁気マーカ１０に対して車両の対象点が左に寄った場合を負、右に寄った場合を正としている。

（ｂ）マーカ検出時の切替動作
本例の制御システム１では、検出された磁気マーカ１０の種別に応じて、動作が切り替わる。磁気マーカ１０の種別としては、特別エリア１０Ａの磁気マーカ１０と非特別エリアの磁気マーカ１０とがあり、さらに、特別エリア１０Ａの上流側の磁気マーカ１０と下流側の磁気マーカ１０とがある。上記のごとく、特別エリア１０Ａの上流側の磁気マーカ１０のみ上面がＳ極となっており、他の磁気マーカ１０は全て、上面がＮ極となっている。本例の構成では、Ｎ極の磁気マーカ１０が、車両位置を特定するために利用される。

検出された磁気マーカ１０の種別に応じた切替動作の内容について、図９のフロー図を参照しながら説明する。同図の処理フローは、Ｎ極であるかＳ極であるかを問わず磁気マーカ１０の検出に続く処理の流れを示している。

検出された磁気マーカ１０が非特別エリアのＮ極の磁気マーカ１０である横偏差補正マーカであるとき（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、この磁気マーカ１０に基づいて特定された車両位置による自己位置補正が実行される（Ｓ１０２）。なお、本例の構成では、検出された磁気マーカ１０の上面の磁極性がＮ極であって、かつ、上記の補正フラグがＯＦＦのとき、この磁気マーカ１０が非特別エリアの磁気マーカ１０と特定される。この車両位置は、慣性航法の新たな基準位置に設定され、これにより、ＩＭＵ４２が推定する相対位置がゼロリセットされる。そして、前方注視点である制御点の横方向の偏差（横偏差）が算出されて特定される（Ｓ１０３）。このステップＳ１０３では、検出された磁気マーカ１０に基づいて特定された車両位置、及び慣性航法により推定された車両方位に基づき、横偏差が特定される。そして、この横偏差により操舵輪である前輪２１１の指示舵角が算出される（Ｓ１０４）。

検出された磁気マーカ１０が特別エリア１０Ａの上流側のＳ極の磁気マーカ１０である位置・角度補正開始マーカであるとき（Ｓ１０１：ＮＯ→Ｓ１１２：ＹＥＳ）、この磁気マーカ１０に対する車両２の横方向の偏差が記憶されて格納され（Ｓ１１３）、上記の補正フラグがＯＮにセットされる（Ｓ１１４）。この補正フラグは、特別エリア１０Ａの下流側のＮ極の磁気マーカ１０の検出に応じて、車両位置に関する位置補正、及び車両方位に関する角度補正、を実行するための制御フラグである。

なお、補正フラグがＯＮの間は、前方注視点である制御点の横偏差及び指示舵角の算出が行われない（Ｓ１１４→舵角指示）。これにより、特別エリア１０Ａの上流側のＳ極の磁気マーカ１０を通過した後、下流側のＮ極の磁気マーカ１０に到達するまでの間、Ｓ極の磁気マーカ１０の検出直前の指示舵角がそのまま維持される。指示舵角を維持すれば、車両２の方位角である車両方位の変化を抑制できる。

検出された磁気マーカ１０が特別エリア１０ＡのＮ極の磁気マーカ１０である位置・角度補正終了マーカであって、かつ、補正フラグがＯＮの場合（Ｓ１０１：ＮＯ→Ｓ１１２：ＮＯ→Ｓ１２２：ＹＥＳ）、車両位置に関する位置補正、及び車両方位に関する角度補正、が実行される（Ｓ１２３）。位置補正は、検出された磁気マーカ１０に基づいて特定された車両位置による位置的な補正である。角度補正は、特別エリア１０Ａの２つの磁気マーカを利用して特定された車両方位による角度的な補正である。

位置補正が実行されると、特定された車両位置が慣性航法の新たな基準位置に設定されると共に、ＩＭＵ４２が推定する相対位置がゼロリセットされる。角度補正が実行されると、特定された車両方位が慣性航法の新たな基準方位に設置されると共に、ＩＭＵ４２が推定する相対方位がゼロリセットされる。さらに、前方注視点である制御点の横方向の偏差が算出されて特定され（Ｓ１２４）、この横偏差により操舵輪である前輪２１１の指示舵角が算出される（Ｓ１０４）。

なお、いずれかのＮ極の磁気マーカ１０が検出された後、新たなＮ極の磁気マーカ１０が検出されるまでの間は（Ｓ１０１：ＮＯ→Ｓ１１２：ＮＯ→Ｓ１２２：ＮＯ）、前方注視点である制御点の横偏差が算出される（Ｓ１０３）。このステップＳ１０３では、慣性航法により推定された車両位置及び車両方位に基づいて横偏差が算出される。そして、この横偏差に応じた指示舵角が算出される（Ｓ１０４）。

（ｃ）方位特定処理（特別エリア１０Ａ）
方位特定処理は、特別エリア１０Ａに配置された２つの磁気マーカ１０を利用し、車両２の絶対方位（車両方位）を特定する処理である。方位特定処理は、制御ユニット４０により実行される処理である。

ここで、特別エリア１０Ａを利用して車両方位を特定する方法を概説する。図１０のように磁気マーカ１０が１つのみの場合、上記のマーカ検出処理により磁気マーカ１０に対する横方向の偏差ｅｍが特定されても、磁気マーカ１０の真上に位置する磁気センサアレイ３の姿勢が不定である。なお、磁気マーカ１０に対する横方向の偏差ｅｍは、磁気センサアレイ３の中央に位置する磁気センサＣ８の磁気マーカ１０に対する偏差である。同図中の円は、磁気マーカ１０に対する偏差ｅｍを半径とする円である。このように磁気マーカ１０に対する横方向の偏差ｅｍが特定されただけでは、同図中の円の周方向における磁気センサアレイ３の姿勢が不定であり、車両方位の特定は不可能である。

一方、特別エリア１０Ａでは、図１１のごとく、磁気マーカ１０（Ｎ極）に対する横方向の偏差ｅｍに加えて、上流側に隣り合うＳ極の磁気マーカに対する横方向の偏差ｅｍｓを特定可能である。このように２つの磁気マーカ１０に対する横方向の偏差が特定された場合であれば、横方向の偏差ｅｍｓを半径とする円、及び横方向の偏差ｅｍを半径とする円、の共通接線Ｃｏｍに対して直交する方向を、磁気センサアレイ３の長手方向として特定できる。これにより、２つの磁気マーカ１０を通過する際の磁気センサアレイ３の姿勢を特定できる。同図中の共通接線Ｃｏｍは、車両２の移動軌跡となっており、共通接線Ｃｏｍの向きが車両方位となる。

特別エリア１０Ａでは、２つの磁気マーカ１０を結ぶ線分が既知の方向ｄｉｒＶに沿っていると共に、２つの磁気マーカ１０が既知の間隔（本例では０．５ｍ。）で隣り合っている。既知の方向ｄｉｒＶに対する上記の共通接線の方位的な偏差は、図１１において特定可能である。２つの磁気マーカ１０を結ぶ線分の既知の方向ｄｉｒＶに対する車両方位（共通接線Ｃｏｍの向き）の偏差を特定できれば、この方位的な偏差の分、既知の方向ｄｉｒＶを表す絶対方位から角度的にずらすことで車両の絶対方位（車両方位）を特定できる。

なお、詳しくは後述するが、特別エリア１０Ａの下流側の磁気マーカ１０（Ｎ極）を検出した場合、上記のように特定される車両方位を利用することで、磁気マーカ１０を基準とした車両の２次元的な位置（絶対位置）を精度高く特定することが可能である。

（ｄ）目標の軌跡の設定
目標の軌跡は、次の２つの条件が満たされるよう、車両２に設定された制御点の制御目標の軌跡である。第１の条件は、先頭車両２１のみならず、先頭車両２１に連結された全ての台車２２が、走路１００内を走行するという条件である。第２の条件は、磁気センサアレイ３が磁気マーカ１０上を通過し、磁気マーカ１０を検出できるという条件である。

ここで、車両２の各点が通過する軌跡の違いについて、図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は、先頭車両２１と台車２２とを含む車両２の各点の配置を説明する図である。図１３は、先頭車両２１に台車２２が連結された車両２について、図１２の各点が通過する軌跡を例示する図である。

図１２の各点は、先頭車両２１の前輪軸２１１Ａの中央の点ＳＴ１、後輪軸２１２Ａの中央の点Ｂ１、先頭車両２１と台車２２との連結箇所に当たる点Ｃ１、及び台車２２の従動輪２２２の軸である車輪軸２２２Ａの中央の点Ｂ２、である。なお、図１２では、理解が容易となるよう、車輪軸２１１Ａ、２１２Ａ、２２２Ａの中央に、それぞれ、仮想輪２１１Ｒ、２１２Ｒ、２２２Ｒを示してある。

例えば、直角に左折する曲がり角を車両２が通過する際の各点の軌跡は、図１３に示すようになる。点Ｂ１及び点Ｃ１は、ほぼ同様の軌跡を通過する一方、点ＳＴ１は、大回りの軌跡を示し、点Ｂ２は、小回りの軌跡を示す。このように、直角の曲がり角を車両２が通過する際の軌跡は各点で異なってくる。

一方、目標の軌跡については、制御点の位置に関わらず一定であって良く、本例では、磁気マーカ１０を滑らかに結ぶ線に一致するように目標の軌跡を設定している。例えば、図１で示したオーバル形状の周回走路である走路１００を車両２が走行する際の目標の軌跡ＴＬは、図１４中の実線で示すようになる。例えば前輪軸２１１Ａの中央の点ＳＴ１が制御点である場合、直線路１００Ｓでは、目標の軌跡ＴＬに対して、同図中破線で示す点ＳＴ１の実際の軌跡がほぼ一致する。一方、曲線路１００Ｃでの点ＳＴ１の軌跡（破線）は、目標の軌跡ＴＬよりも外側を通過する大回りの軌跡となる。目標の軌跡ＴＬ（実線）に対する点ＳＴ１の軌跡（破線）の偏差に応じて、車両２の舵角が制御されることになる。

本例の制御システム１は、目標の軌跡ＴＬに対する制御点の横方向の偏差（横偏差）を抑制してゼロに近づけるように操舵輪（前輪２１１）の舵角が制御されるシステムである。本例では、目標の軌跡ＴＬが、地図データベース４８に格納されたマップデータに割り付けられている。制御ユニット４０は、地図データベース４８から読み出したマップデータを参照し、目標の軌跡ＴＬを読み出す。そのときの車両位置や車両方位が分かれば、目標の軌跡ＴＬに対する横方向の偏差や、目標の軌跡ＴＬの方位（絶対方位）を特定可能となる。

なお、制御ユニット４０による演算により目標の軌跡ＴＬを随時、決定して設定することも良い。例えば、車両２の速度や走路１００の曲率に応じて、磁気マーカ１０に対する磁気センサアレイ３の中央（磁気センサＣ８）の位置的な偏差を変更した方が良い場合がある。このような場合、制御ユニット４０は、車両２の速度や走路１００の曲率に応じて、随時、目標の軌跡ＴＬを演算により決定すると良い。その際、演算により決定された目標の軌跡ＴＬを随時、マップデータに割り付けると良い。さらに、内輪差など車両の仕様や、車速に応じて、複数種類の目標の軌跡ＴＬを予め用意しておき、その複数種類の目標の軌跡ＴＬを、マップデータに割り付けておくことも良い。制御ユニット４０は、車両の仕様や車速に応じて、いずれかの目標の軌跡ＴＬを選択的に読み出すことができる。

（ｅ）制御方法
本例の制御システム１による制御方法は、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせた２自由度制御による制御方法である。フィードフォワード制御は、目標の軌跡ＴＬの曲率に応じて指示舵角δを算出する制御である。フィードバック制御は、目標の軌跡ＴＬに対する制御点ＣＴの横方向の偏差（横偏差）に基づいて指示舵角δを算出する制御である。指示舵角δは、次の制御式により求められる。

（数１）
指示舵角δ＝フィードバック項δｆｂ＋フィードフォワード項δｆｆ
＝フィードバックゲインＫｙ×横偏差ｅｙ＋フィードフォワード項δｆｆ

数式１において、フィードバックゲインＫｙは、直線路１００Ｓ（図１参照。）を走行中の直進安定性と、横方向の偏差の収束性と、を両立できるように決定される。フィードフォワード項δｆｆは、曲線路１００Ｃ（図１参照。）での制御遅れを補償するために、曲率に応じた舵角を与えるための項である。フィードフォワード項δｆｆには、横断勾配が生じたときに車両２の傾きをＩＭＵ４２により検出し、重力の横方向成分とつり合う横力を発生させることにより横断勾配を補償する舵角を加算できる。

（ｆ）制御点の設定
本例の制御システム１では、車両２（先頭車両２１）において、磁気センサアレイ３の位置ではなく、磁気センサアレイ３よりも前方の位置に制御点ＣＴを設定することで、車両２の応答遅れを補償している。さらに、本例の構成では、制御点ＣＴの設定位置の工夫により、直線路１００Ｓでの安定性と、曲線路１００Ｃでの追従性と、を両立させている。

本例では、車両２（先頭車両２１）の前後方向における磁気センサアレイ（装置の一例）３の位置を基準として、制御点ＣＴに至るまでの距離である前方注視距離Ｌｆを、次式のように定義している。図１５は、車速Ｖに対する前方注視距離Ｌｆのグラフである。同図では、横軸に車速Ｖが規定され、縦軸に前方注視距離Ｌｆが規定されている。
（数２）
前方注視距離Ｌｆ＝車両速度Ｖ×前方注視時間ｔｆ＋オフセット距離Ｌｏ

前方注視距離Ｌｆの演算式のうちの車両速度Ｖ×前方注視時間ｔｆの項は、速度が高くなるほど制御点ＣＴをより前方に設定することで、目標の軌跡ＴＬに対する追従性を高めるための項である。前方注視時間ｔｆは、何秒先の前方を注視して舵角を制御するか、という制御上の意味を有する。前方注視時間ｔｆは、図１５のグラフで例示する直線の傾きとして現れている。

オフセット距離Ｌｏは、車両２の速度が低いときにも、前方注視距離Ｌｆを適切に確保するための項である。オフセット距離Ｌｏを規定することで、車両２が低速のときも、制御点ＣＴをある程度、前方の位置に設定でき、追従性や応答性の確保が可能になっている。特に本例では、次に説明する通り、直線走行時と曲線走行時とでオフセット距離Ｌｏの設定を変更することで、直線走行時での車両２の直進安定性と、曲線走行時の目標の軌跡ＴＬに対する追従性と、を両立している。オフセット距離Ｌｏは、図１５のグラフで例示する直線の切片として現れている。

直線走行時のオフセット距離Ｌｏの設定方法について、図１６を参照して説明する。目標の軌跡ＴＬが真っすぐである場合の直線走行時では、直進安定性を向上するため、前輪軸２１１Ａよりも制御点ＣＴが前方に位置するように、前輪軸２１１Ａと磁気センサアレイ３との間の距離（Ｌｗ＋Ｌｍ）以上のオフセット距離Ｌｏが設定される。なお、同図では、左右一対の後輪２１２を代表する仮想輪２１２Ｒを図示し、左右一対の前輪２１１を代表する仮想輪２１１Ｒを図示している。目標の軌跡ＴＬに対する制御点ＣＴの横方向の偏差は、寸法ｅｙで示している。

車両２が低速で走行する際の前輪２１１の横すべり角が十分に小さい状況では、前輪操舵の車両２は、前輪２１１が向いている方向に進行する。仮に制御点ＣＴが前輪軸２１１Ａよりも後方に位置する場合、前輪軸２１１Ａの中心位置が目標の軌跡ＴＬを越えた後で操舵が開始されることになり、目標の軌跡ＴＬに対して前輪２１１が常に行き過ぎることになり、蛇行が生じる。前輪軸２１１Ａの位置あるいは前輪軸２１１Ａよりも前方の位置に、制御点ＣＴが位置するように前方注視距離Ｌｆを設定すれば、目標の軌跡ＴＬに対して前輪２１１が行き過ぎる前に操舵を開始でき、目標の軌跡ＴＬに対して車両２が行き過ぎないような制御が可能になる。

次に、曲線走行時のオフセット距離Ｌｏの設定方法について、図１７を参照して説明する。この設定方法は、車両２が低速で走行しており、各輪に横すべり角が発生しないという前提に基づく方法である。各輪に横すべり角が発生しなければ、前輪２１１の舵角に応じて車両２の向き（車両方位）が一意に定まる。

図１７中の軌跡３Ｃは、磁気センサアレイ３の中央（磁気センサＣ８の位置）が通過する軌跡である半径Ｒｍの円弧である。軌跡２１２Ｃは、仮想輪２１２Ｒが通過する軌跡である半径Ｒｏの円弧である。なお、同図中では、仮想輪２１１Ｒが通過する軌跡を半径Ｒｆの円弧により表している。

曲線走行時では、目標の軌跡ＴＬへの追従性を重視してオフセット距離Ｌｏを定めている。まず、本例の構成では、磁気マーカ１０を通る経路を、目標の軌跡ＴＬとして定めている。これにより、磁気センサアレイ３の中央を通過させるべき目標の軌跡ＴＬである軌跡３Ｃの半径Ｒｍを決定できる。このとき、オフセット距離Ｌｏは、軌跡３Ｃをなす円弧の半径Ｒｍに応じて変化する。

前輪２１１に対応する仮想輪２１１Ｒが通過する軌跡の半径Ｒｆは、次の数式３、数式４により求めることができる。

車両２が十分に低速で走行しているときには、上記の数式１の制御式は、次の数式５のようになる。

数式５を展開すれば、制御点ＣＴの横偏差ｅｙに関する次式を導出できる。

制御点ＣＴの横偏差ｅｙを利用すれば、前方注視距離Ｌｆを次式のように表すことができる。

オフセット距離Ｌｏは、直線走行時および曲線走行時において、以上のように決定できる。制御点ＣＴは、車両２の前後方向において、オフセット距離Ｌｏを含む前方注視距離Ｌｆの分だけ磁気センサアレイ３の前方にずらした位置に設定される。なお、本例の制御システム１では、曲線走行時のオフセット距離Ｌｏに範囲が設けられている。範囲の下限は、Ｌｍの２倍の距離であり、上限は、直線走行時に設定されるオフセット距離である。オフセット距離Ｌｏの下限であるＬｍの２倍の距離は、上記の数式７において、ｅｙ＝ゼロとしたときのオフセット距離Ｌｏである。

（ｇ）制御点の横方向の偏差の特定
制御ユニット４０が制御点ＣＴの横方向の偏差を特定する方法は、（ｅ．１）Ｎ極の磁気マーカ１０が検出された場合と、（ｅ．２）隣り合うＮ極の磁気マーカ１０の中間に車両２が位置する場合と、で相違している。

（ｅ．１）Ｎ極の磁気マーカが検出された場合
Ｎ極の磁気マーカ１０が検出された場合、制御ユニット４０は、特別エリア１０Ａの磁気マーカ１０であるか非特別エリアの磁気マーカ１０であるかに依らず、まず、マーカ検出処理により計測された横方向の偏差ｅｍを取得する。また、制御ユニット４０は、ＩＭＵ４２が推定する相対位置を取得し、基準位置を基準として相対位置の分だけ車幅方向にずらした位置を、慣性航法により推定される車両位置として特定する。なお、ＩＭＵ４２が相対位置を推定する際の起点となる基準位置は、前回のＮ極の磁気マーカ１０の検出時に特定された車両位置である。制御ユニット４０は、地図データベース４８から読み出したマップデータ上で、慣性航法により推定された車両位置に対して最も近くに位置するＮ極の磁気マーカ１０（直近の磁気マーカ１０）を特定する。なお、直近のＮ極の磁気マーカ１０を特定するここまでの処理については、特別エリア１０Ａの磁気マーカ１０であるか、非特別エリアの磁気マーカ１０であるか、による違いがない。

一方、直近の磁気マーカ１０（Ｎ極）を特定した後の処理は、その磁気マーカ１０が特別エリア１０Ａの下流側の磁気マーカ１０である場合と、非特別エリアのＮ極の磁気マーカ１０である場合と、で異なってくる。特別エリア１０Ａの磁気マーカ１０である場合、上記の方位特定処理により特定された車両２の絶対方位（車両方位）を利用して制御点ＣＴの２次元位置（絶対位置）が精度高く特定され、目標の軌跡ＴＬに対する制御点ＣＴの横方向の偏差（横偏差）が特定される。一方、非特別エリアの磁気マーカ１０である場合には、制御点ＣＴの２次元位置を特定することなく、ＩＭＵ４２が推定する車両方位を利用して制御点ＣＴの横方向の偏差（横偏差）が特定される。

検出されたＮ極の磁気マーカ１０が特別エリア１０Ａのものである場合、制御ユニット４０は、図１８のごとく、上記の方位特定処理で特定された車両方位Ｄｉｒ１を利用して車両位置（ｘ１、ｙ１）を特定する。制御ユニット４０は、直近の磁気マーカ１０の位置を基準として、車両方位Ｄｉｒ１に対して直交する方向Ｄｉｒ２に沿って偏差ｅｍの分だけずらした２次元位置を車両位置（ｘ１、ｙ１）として特定する。なお、新たに特定された車両位置は、ＩＭＵ４２が相対位置を推定する際の慣性航法の新たな基準位置となり、ＩＭＵ４２が積算する相対位置がゼロリセットされる。

制御ユニット４０は、上記の（ｃ）方位特定処理で特定された車両方位Ｄｉｒ１について、マップデータ上で規定される水平方向Ｈに対するずれ角θｖを特定する。制御ユニット４０は、このずれ角θｖを利用し、次式の通り、制御点ＣＴの２次元位置（ｘ２、ｙ２）を特定する。
（数８）
ｘ２＝ｘ１＋Ｌｆ×ｃｏｓθｖ
ｙ２＝ｙ１＋Ｌｆ×ｓｉｎθｖ

制御ユニット４０は、地図データベース４８から読み出したマップデータを参照し、車両位置（ｘ１、ｙ１）に対応する目標の軌跡ＴＬを特定する。そして、制御ユニット４０は、制御点ＣＴ（ｘ２、ｙ２）について、目標の軌跡ＴＬに対する横方向の偏差ｅｙを特定する（図１８参照。）。

一方、検出されたＮ極の磁気マーカ１０が非特別エリアのものである場合、図１９のごとく、ＩＭＵ４２が推定する車両方位Ｄｉｒ３を取得し、この車両方位Ｄｉｒ３を利用して車両位置（ｘ１、ｙ１）を特定する。制御ユニット４０は、直近の磁気マーカ１０の配設位置を基準として、磁気マーカ１０に対する横方向の偏差ｅｍの分だけ、車両方位Ｄｉｒ３に直交する方向Ｄｉｒ４に沿ってずらした位置（ｘ１、ｙ１）を、車両位置として特定する。なお、新たに特定された車両位置（ｘ１、ｙ１）は、ＩＭＵ４２が相対位置を推定する際の慣性航法の新たな基準位置となり、ＩＭＵ４２が積算する相対位置がゼロリセットされる。

ここで、図１９では、ＩＭＵ４２が推定する車両方位Ｄｉｒ３に基づく車両の姿勢を、車両２ｉとして図示している。車両２ｉの姿勢は、図２０のごとく、破線で示す車両２の真の姿勢とは異なるものである。車両２の姿勢は、検出された磁気マーカ１０の配設位置を中心とした周方向において不定であり、角度的な誤差を有する。この角度的な誤差は、ＩＭＵ４２による車両方位Ｄｉｒ３の推定誤差である。

制御ユニット４０は、地図データベース４８から読み出したマップデータを参照し、車両位置（ｘ１、ｙ１）に対応する目標の軌跡ＴＬを特定する。制御ユニット４０は、ＩＭＵ４２が推定する車両方位Ｄｉｒ３（絶対方位）について、目標の軌跡ＴＬの方位からのずれ角θを特定する（図１９）。制御ユニット４０は、このずれ角θを利用し、磁気センサアレイ３よりも前方注視距離Ｌｆの分、前方に位置する制御点ＣＴについて、目標の軌跡ＴＬに対する横偏差ｅｙを求める。制御点ＣＴの横偏差ｅｙは、図１９中のｅ１とｅ２との合算となり、ずれ角θを含む次式により求められる。
（数９）
ｅｙ＝ｅ１＋ｅ２
＝Ｌｆ×ｓｉｎθ＋ｅｍ×ｃｏｓθ

（ｅ．２）隣り合う磁気マーカ（Ｎ極）の中間に車両が位置する場合
隣り合う磁気マーカ１０の中間に車両２が位置する場合（図２１）、制御ユニット４０は、ＩＭＵ４２が推定する相対位置の分だけ基準位置からずらした位置（ｘ１、ｙ１）を、車両位置として特定（推定）する。なお、この車両位置（ｘ１、ｙ１）は、磁気センサアレイ３の中央の位置である。基準位置は、直前のＮ極の磁気マーカ１０の検出時に特定された車両位置である。制御ユニット４０は、地図データベース４８から読み出したマップデータを参照し、特定された車両位置（ｘ１、ｙ１）に対応する目標の軌跡ＴＬを特定する。

制御ユニット４０は、図２１のごとく、上記のように特定（推定）された車両位置（ｘ１、ｙ１）について、目標の軌跡ＴＬに対する横方向の偏差ｅ３を特定する。また、制御ユニット４０は、ＩＭＵ４２が推定する車両方位Ｄｉｒ３につき、目標の軌跡ＴＬの方位（絶対方位）からのずれ角θを特定する。磁気センサアレイ３に対して前方注視距離Ｌｆの分、前方に位置する制御点ＣＴの目標の軌跡ＴＬに対する横方向の偏差（横偏差）ｅｙは、図２１中のｅ１とｅ３との合算となる。制御点ＣＴにおける横偏差ｅｙは、ずれ角θを含む次式により算出できる。
（数１０）
ｅｙ＝ｅ１＋ｅ３
＝Ｌｆ×ｓｉｎθ＋ｅ３

（ｈ）制御結果
以上のような構成の本例の制御システム１による車両２の制御結果について、図２２～図２４を参照して説明する。図２２及び図２３は、磁気センサアレイ３から制御点ＣＴまでの距離である前方注視距離Ｌｆが、車両２の直進安定性に与える影響を調べた実証実験の結果を示している。この実証実験は、非特別エリアの磁気マーカ１０が検出されたときの制御を検証するための実験である。図２４は、車両２が特別エリア１０Ａを通過したときの制御の結果を示している。なお、特別エリア１０Ａと非特別エリアとの制御の違いを確認するため、同図には、非特別エリアの制御結果も含まれている。以下、図２２及び図２３の実証実験の結果、図２４の制御結果、を順番に説明する。

図２２は、上記の数式２による前方注視距離Ｌｆの算出式において、オフセット距離Ｌｏをゼロに設定したときの結果である。図２３は、上述の（ｆ）制御点の設定の項目において説明したようにオフセット距離Ｌｏを設定したときの結果である。これらの図の座標軸は共通である。横軸は、時間あるいは距離を示し、縦軸は、車両２の横偏差ｅｙを示している。車両２の横偏差ｅｙは、磁気センサアレイ３の中央の目標の軌跡ＴＬに対する横方向の偏差である。

実証実験の対象の走路は直線路１００Ｓ（図１参照。）である。時点Ｍにて磁気マーカ１０（非特別エリアの磁気マーカ１０）を通過した際、マーカ検出処理により特定された磁気マーカ１０に対する横方向の偏差ｅｍ（図１９参照。）に基づき、目標の軌跡ＴＬに対する制御点ＣＴの横偏差ｅｙが特定される。時点Ｍにおいて、制御点ＣＴの横偏差ｅｙ＝ｅｙ１が顕在化し、横偏差ｅｙを抑制するための制御が開始されている。なお、車両２の速度は、時速７．０ｋｍの一定速である。

オフセット距離Ｌｏがゼロである図２２の場合、制御点ＣＴの横偏差ｅｙが振動するハンチング状態となっている。同図の場合、横偏差ｅｙが収束せず、発振により次第に拡大する傾向が見受けられる。一方、オフセット距離Ｌｏが適切に設定された図２３の場合には、時点Ｍにおける制御点ＣＴの横偏差ｅｙ＝ｅｙ１が早期に収束している。同図の場合、負側の横偏差ｅｙ１が発生した後、横偏差ｅｙが正側にオーバーシュートすることなく、そのままゼロ値に収束している。

図２３の場合、前輪軸２１１Ａと磁気センサアレイ３との間の距離（Ｌｍ＋Ｌｗ）以上のオフセット距離Ｌｏが設定され、磁気センサアレイ３から制御点ＣＴまでの前方注視距離Ｌｆが長く設定されている。図２３の場合には、このように前方注視距離Ｌｆを設定することで、車両２の直進安定性が向上している。このように、制御点ＣＴまでの前方注視距離Ｌｆを長く設定することは、直進時の直進安定性の向上に効果的である。

次に、図２４は、特別エリア１０Ａを車両２が通過した際の制御の結果を示しており、同図中には、車両２の制御の状況を示す４種類のグラフが含まれている。同図中の最上段は、制御対象の走路上の磁気マーカ１０の配置を示している。制御対象の走路は、図中左側に当たる上流側から、特別エリア１０Ａが２カ所、間隔を空けて配置され、続いて、非特別エリアの磁気マーカ１０が２つ間隔を空けて配置された走路である。なお、特別エリア１０Ａは、上流側のＳ極の磁気マーカ１０と下流側のＮ極の磁気マーカ１０とが０．５ｍの間隔で配置されたエリアである。この特別エリア１０Ａでは、２つの磁気マーカ１０を結ぶ線分の絶対方位が既知である。車両２側では、この線分の方位を利用して車両方位を特定可能であり、この車両方位を利用して車両２の２次元的な位置を精度高く特定可能である。

なお、以下の説明では、上流側から１カ所目の特別エリア１０Ａの上流側の磁気マーカ１０の通過時点をＡ１、同下流側の磁気マーカ１０の通過時点をＡ２、２カ所目の特別エリア１０Ａの上流側の磁気マーカ１０の通過時点をＢ１、同下流側の磁気マーカ１０の通過時点をＢ２、上流側の１カ所目の非特別エリアの磁気マーカ１０の通過時点をＣ、２カ所目の非特別エリアの磁気マーカ１０の通過時点をＤ、として説明する。

図２４の制御例では、磁気マーカ１０の真上を通過する軌跡が目標の軌跡ＴＬとして設定され、同図中では、目標の軌跡ＴＬが実線により示されている（同図中の最上段）。この制御例では、車両２が、目標の軌跡ＴＬに対して左寄りに走行する状態で、１カ所目の特別エリア１０Ａに進入している。

図２４の各グラフは、車両２の走行制御中の制御データの変化を示すグラフである。最上段のグラフは、目標の軌跡ＴＬに対する車両２の横方向の偏差、すなわち磁気センサアレイ３の中央に位置する磁気センサＣ８の横方向の偏差（横偏差）の変化を示すグラフである。上記のごとく、このグラフ中の横偏差は、目標の軌跡ＴＬに対して車両２が左寄りになった場合に負値をとる。

上から２段目のグラフは、目標の軌跡ＴＬに対する車両方位の偏差である方位偏差（ずれ角）の変化を示すグラフである。このグラフ中の方位偏差は、目標の軌跡ＴＬの方位を基準として時計回りの側の偏差が正値となり、反時計回りの側の誤差が負値となる。

上から３段目のグラフは、目標の軌跡ＴＬに対する制御点の横方向の偏差（横偏差）の変化を示すグラフである。同グラフ中の横偏差の正負は、１段目のグラフと同様、目標の軌跡ＴＬの方位を基準として、目標の軌跡ＴＬに対して制御点が左側に位置するときに負値となり、目標の軌跡ＴＬに対して制御点が右側に位置するときに正値となる。

最下段のグラフは、車両２の走行中に、前輪２１１の舵角の制御目標である指示舵角の変化を示すグラフである。同グラフ中の指示舵角は、右操舵が正値となり、左操舵が負値となる。

図２４によれば、特別エリア１０Ａを通過する際、上流側の磁気マーカ１０の通過時点である時点Ａ１及びＢ１では、車両位置に関する位置補正が実行されないため、車両位置の横偏差および制御点の横偏差に大きな変化が生じていない。加えて、時点Ａ１及び時点Ｂ１では、車両方位に関する角度補正も実行されないため、方位偏差にも大きな変化が生じてない。特別エリア１０Ａの上流側の磁気マーカ１０の通過時点Ａ１及びＢ１では、前輪２１１の制御目標である指示舵角がそのまま維持されている。本例の構成では、時点Ａ１及びＢ１から時点Ａ２あるいはＢ２までの期間において、車両２の進行方向を一定に保つことで、特別エリア１０Ａにおける車両方位の特定精度を高めている。

その後、特別エリア１０Ａの下流側の磁気マーカ１０の通過時点である時点Ａ２及びＢ２では、車両位置に関する位置補正が実行され、これにより、車両位置の横偏差および制御点の横偏差に大きな変化が生じている。さらに、時点Ａ２及びＢ２では、車両方位に関する角度補正が実行され、方位偏差にも大きな変化が生じている。そのため、特別エリア１０Ａの下流側の磁気マーカ１０の通過時点Ｂ２では、前輪２１１の制御目標である指示舵角について大きな変化が生じている。

一方、非特別エリアの磁気マーカ１０の通過時点である時点Ｃ及びＤでは、車両位置に関する位置補正が実行される一方、車両方位に関する角度補正は実行されない。そのため、時点Ｃ及びＤでは、指示舵角の変化、すなわち制御の度合いが、時点Ｂ２と比べて抑えられている。

以上の通り、本例の制御方法及び制御システム１では、磁気マーカ１０を検出する磁気センサアレイ３よりも前方の位置に制御点を設定し、目標の軌跡に対する制御点の横偏差を抑制するように車両２を制御している。このような制御によれば、曲線路における追従性を損なうことなく、直線路における直進安定性を向上できる。

本例の構成では、磁気センサアレイ３が計測する横方向の偏差ではなく、磁気センサアレイ３よりも前方の制御点における横偏差を制御対象とすることで、車両２の応答遅れ（制御遅れ）を補償することが可能になっている。特に本例では、磁気センサアレイ３と制御点との間の距離である前方注視距離Ｌｆの設定により、直線路での走行安定性と、曲線路での追従性と、を高い次元で両立させている。

前方注視距離Ｌｆは、前出の数式２の通り、車速に比例する距離と、定数であるオフセット距離Ｌｏと、を合算した距離である。本例では、直線路と曲線路とで、オフセット距離の設定を切り替えている。直線路では、前輪軸２１１Ａと磁気センサアレイ３との間の距離（Ｌｍ＋Ｌｗ）以上のオフセット距離が設定される。一方、曲線路では、後輪軸２１２Ａと磁気センサアレイ３との間の距離の２倍以上であって、直線路でのオフセット距離以下であるオフセット距離Ｌｏが設定される。

また、本例では、磁気マーカ１０を利用して車両方位を特定可能な特別エリア１０Ａを設定することで、走行中の角度補正を可能としている。この特別エリア１０Ａには、２つの磁気マーカ１０が０．５ｍの間隔で配設されている。上流側の磁気マーカ１０を通過した時点では、指示舵角がそのまま維持される。これにより、特別エリア１０Ａを通過中の車両方位を一定に近くでき、２つの磁気マーカ１０に対する横偏差を利用した車両方位の特定を可能としている。車両方位に関する角度補正を実施すれば、ＩＭＵ４２が推定する車両方位のみによって車両２を制御する場合と比べて、制御精度を格段に向上できる。

本例では、図９のフロー図を参照して前述した通り、補正フラグがＯＮの間、前方注視点である制御点の横偏差及び指示舵角の算出が行われず、Ｓ極の磁気マーカ１０の検出直前の指示舵角がそのまま維持される（同図中のＳ１１４→舵角指示）。この構成に代えて、図２５のごとく、補正フラグがＯＮの間、すなわち特別エリア１０Ａの上流側の磁気マーカ１０（Ｓ極）を検出後、下流側の磁気マーカ１０（Ｎ極）を検出するまでの間も、前方注視点である制御点の横偏差を算出し（Ｓ１０３）、その横偏差に応じた指示舵角を算出することも良い（Ｓ１０４）。この場合には、特別エリア１０Ａを通過中（補正フラグがＯＮの間）における目標の軌跡に対する追従性を向上できる。なお、上記のステップＳ１０３における横偏差は、慣性航法により推定された車両方位及び車両位置に基づいて算出される。

なお、本例は、磁気テープに代えて走路１００の床面に貼付された磁気マーカ１０を、車両２の走行制御に利用する例である。工場や施設などでよく利用される磁気テープは、敷設に職人的な技術を要する。特に、曲線に沿って敷設することは特に難しく、皺なく貼り付けることは困難である。一方、個片状の磁気マーカであれば、曲線への対応が容易である。特に内輪差が大きい本例の車両２では、曲線状の走路において磁気テープの敷設位置を定めることが難しく、何度も貼り替えたりといった試行錯誤を要していたという実情がある。磁気マーカ１０であれば、貼り替えが容易であり、走路形状の変更等に容易に対応できる。

以上、実施例のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形、変更あるいは適宜組み合わせた技術を包含している。

１ 制御システム
１０ 磁気マーカ（目印）
１０Ａ 特別エリア
１００ 走路
１００Ｓ 直線路
１００Ｃ 曲線路
２ 車両
２１ 先頭車両
２１１ 前輪（操舵輪）
２１１Ａ 前輪軸
２１２ 後輪
２１２Ａ 後輪軸
２２ 台車
３ 磁気センサアレイ（磁気ユニット、装置）
４０ 制御ユニット（回路）
４２ ＩＭＵ
４４ モータユニット
４６ 操舵ユニット
４８ 地図データベース
Ｃｎ 磁気センサ
ＣＴ 制御点
ＴＬ 目標の軌跡

Claims (13)

1. 目標の軌跡に沿って車両を走行させるための制御方法であって、
   前記車両は、走路に配設された磁気マーカに対する横方向の偏差を計測する磁気ユニットと、車両の前後方向の向きである車両方位を取得する回路と、前記目標の軌跡に対する制御点の横方法の偏差をゼロに近づけるように車両の操舵輪の舵角を制御する回路と、を備えており、
   前記磁気マーカに対する横方向の偏差を計測する処理と、
   前記車両方位を取得する処理と、
   前記磁気マーカに対する横方向の偏差及び前記車両方位に基づき、車両の前後方向において前記磁気ユニットとは異なる位置に設定された制御点につき、前記目標の軌跡に対する当該制御点の横方向の偏差を演算する処理と、
   前記制御点の横方向の偏差をゼロに近づけるための前記舵角の制御目標である指示舵角を演算する処理と、
   当該指示舵角を制御目標として前記操舵輪の舵角を制御する処理と、を含む制御方法。
2. 請求項１において、前記制御点の横方向の偏差を演算する処理は、前記磁気マーカに対する横方向の偏差、当該磁気マーカの位置、及び前記車両方位に基づいて車両位置を特定し、当該車両位置と前記車両方位とに基づいて前記制御点の横方向の偏差を演算する制御方法。
3. 請求項１において、前記走路には、既知の方向に沿って既知の間隔で隣り合わせて位置していると共に、前記走路の進行方向において下流側に位置する２つめの磁気マーカの位置が既知である２つの磁気マーカが配置されており、
   前記２つの磁気マーカのうちの１つめの磁気マーカを検出した後、２つめの磁気マーカを検出するまでの間、前記指示舵角を維持する一方、
   前記２つの磁気マーカのうちの２つめの磁気マーカを検出したとき、前記既知の方向に対する車両方位の偏差を特定することにより当該既知の方向に基づいて当該車両方位を特定すると共に、
   当該２つめの磁気マーカに対する横方向の偏差、当該２つめの磁気マーカの位置及び前記車両方位に基づいて車両位置を特定し、当該車両位置及び当該車両方位に基づいて前記制御点の横方向の偏差を演算する制御方法。
4. 請求項１において、前記走路には、既知の方向に沿って既知の間隔で隣り合わせて位置していると共に、前記走路の進行方向において下流側に位置する２つめの磁気マーカの位置が既知である２つの磁気マーカが配置されており、
   前記２つの磁気マーカのうちの１つめの磁気マーカを検出した後、２つめの磁気マーカを検出するまでの間、慣性航法により車両位置及び車両方位を推定すると共に、
   当該車両位置と当該車両方位とに基づいて前記制御点の横方向の偏差を演算する一方、
   前記２つの磁気マーカのうちの２つめの磁気マーカを検出したとき、前記既知の方向に対する車両方位の偏差を特定することにより当該既知の方向に基づいて当該車両方位を特定すると共に、
   当該２つめの磁気マーカに対する横方向の偏差、当該２つめの磁気マーカの位置及び前記車両方位に基づいて車両位置を特定し、当該車両位置及び当該車両方位に基づいて前記制御点の横方向の偏差を演算する制御方法。
5. 請求項１～４のいずれか１項において、前記制御点は、車両の速度に所定の時間を乗じた距離にオフセット距離を加えた距離の分だけ、前記車両の前後方向において前記磁気ユニットよりも前方に位置している制御方法。
6. 請求項５において、前記車両は、前記操舵輪である前輪と、固定輪である後輪と、を有すると共に、前記磁気ユニットが後輪よりも後ろ側に配置された車両であり、
   前記目標の軌跡が直線の場合の直線走行時のオフセット距離は、前記磁気ユニットと前輪との前後方向の距離以上の距離である一方、
   前記目標の軌跡が曲線の場合の曲線走行時のオフセット距離は、前記磁気ユニットと後輪との前後方向の距離の２倍以上の距離である制御方法。
7. 請求項６において、前記曲線走行時のオフセット距離の上限は、前記直線走行時のオフセット距離である制御方法。
8. 請求項１～７のいずれか１項において、前記舵角の制御目標である指示舵角は、前記目標の軌跡の曲率を反映するフィードフォワード項と、前記制御点の横方向の偏差を反映するフィードバック項と、を含む制御式により演算される制御方法。
9. 目標の軌跡に沿って車両を走行させるための制御システムであって、
   走路に配設された磁気マーカに対する横方向の偏差を計測する磁気ユニットと、
   車両の前後方向の向きである車両方位を取得する回路と、
   前記磁気マーカに対する横方向の偏差及び前記車両方位に基づき、車両の前後方向において前記磁気ユニットとは異なる位置に設定された制御点につき、前記目標の軌跡に対する当該制御点の横方向の偏差を演算する回路と、
   前記制御点の横方法の偏差をゼロに近づけるように車両の操舵輪の舵角の制御目標である指示舵角を演算し、当該指示舵角を制御目標として前記操舵輪の舵角を制御する回路と、を含む制御システム。
10. 請求項９において、前記制御点の横方向の偏差を演算する回路は、前記磁気マーカに対する横方向の偏差、当該磁気マーカの位置及び前記車両方位に基づいて車両位置を特定し、当該車両位置と前記車両方位とに基づいて前記制御点の横方向の偏差を演算するように構成されている制御システム。
11. 請求項９において、前記走路には、既知の方向に沿って既知の間隔で隣り合わせて位置していると共に、前記走路の進行方向において下流側に位置する２つめの磁気マーカの位置が既知である２つの磁気マーカが配置されており、
    前記２つの磁気マーカのうちの１つめの磁気マーカを検出した後、２つめの磁気マーカを検出するまでの間、前記舵角を制御する回路が指示舵角を維持し、
    前記２つの磁気マーカのうちの２つめの磁気マーカを検出したとき、前記車両方位を取得する回路が、前記既知の方向に対する前記車両方位の偏差を特定することにより当該既知の方向に基づいて当該車両方位を特定すると共に、
    前記制御点の横方向の偏差を演算する回路が、前記２つめの磁気マーカに対する横方向の偏差、当該２つめの磁気マーカの位置、及び前記車両方位に基づいて車両位置を特定し、当該車両位置及び当該車両方位に基づいて前記制御点の横方向の偏差を演算する制御システム。
12. 請求項９において、前記走路には、既知の方向に沿って既知の間隔で隣り合わせて位置していると共に、前記走路の進行方向において下流側に位置する２つめの磁気マーカの位置が既知である２つの磁気マーカが配置されており、
    前記２つの磁気マーカのうちの１つめの磁気マーカを検出した後、２つめの磁気マーカを検出するまでの間、前記車両方位を取得する回路が、慣性航法により車両方位を推定すると共に、
    前記制御点の横方向の偏差を演算する回路が、慣性航法により推定された車両位置及び前記車両方位に基づいて前記制御点の横方向の偏差を演算する一方、
    前記２つの磁気マーカのうちの２つめの磁気マーカを検出したとき、前記車両方位を取得する回路が、前記既知の方向に対する前記車両方位の偏差を特定することにより当該既知の方向に基づいて当該車両方位を特定すると共に、
    前記制御点の横方向の偏差を演算する回路が、前記２つめの磁気マーカに対する横方向の偏差、当該２つめの磁気マーカの位置、及び前記車両方位に基づいて車両位置を特定し、当該車両位置及び当該車両方位に基づいて前記制御点の横方向の偏差を演算する制御システム。
13. 請求項９～１２のいずれか１項において、前記舵角を制御する回路は、前記目標の軌跡の曲率を反映するフィードフォワード項と、前記制御点の横方向の偏差を反映するフィードバック項と、を含む制御式により、前記舵角の制御目標である指示舵角を求めるように構成されている制御システム。

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