JP2519333B2 - 車両位置検出装置 - Google Patents

車両位置検出装置

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JP2519333B2 JP2000878A JP87890A JP2519333B2 JP 2519333 B2 JP2519333 B2 JP 2519333B2 JP 2000878 A JP2000878 A JP 2000878A JP 87890 A JP87890 A JP 87890A JP 2519333 B2 JP2519333 B2 JP 2519333B2
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、誘導体の延設された走行路を無人走行する
自律走行車等に用いる車両位置検出装置に関する。
B.従来の技術 従来この種の装置として第7図に示すようなものがあ
る。これは、車両CRの側方前後に配置された超音波セン
サ1,2および位置算出装置3からなり、超音波センサ1,2
により、道路に沿って延設されたガードレール等の誘導
体GDまでの距離S1,S2を測定する。位置算出装置3で
は、これらの測定結果から、誘導体に対する車両の位置
と傾きを算出する。両超音波センサ1,2の間隔をHとす
ると、車両の傾きθは、 として求められる。車両の位置lは、基準点を車両のど
こにおくかによって変るが、超音波センサ1の位置を基
準にするものとすれば、l=S1として求められる。この
位置lと傾きθに基づいて車両の自動走行を行う。
C.発明が解決しようとする課題 このような従来の車両位置検出装置は、車両位置を算
出するものととなるデータを、超音波センサの測定結果
にのみ依存しているため、超音波センサによる距離測定
が不能な車両姿勢となった場合、例えば、路上の障害物
に乗り上げて車両の前後いずれかが持ち上がり、そこに
設けた超音波センサの測定可能範囲が誘導体より上方に
外れてしまったような場合には、車両位置を決定する手
立てがなくなる。
本発明の技術的課題は、車両側方に設けた超音波セン
サ等の距離測定手段から正常な測定値が得られないとき
に、これに代えて用いるべき合理的な推定値を他の手段
によって得ることにある。
D.課題を解決するための手段 クレーム対応図である第1図によって説明すると、本
発明は、車両の同一側面上、前後にずれた少なくとも2
箇所において一定のサンプリング周期ごとに、走行路に
沿って延設されている車両側方の誘導体GDまでの距離を
検出する距離検出手段100の他に、車両の左右両輪の回
転数の測定結果より、サンプリング周期ごとの車両の移
動距離および移動方向を検出する移動検出手段200、誘
導体GDに対する車両の位置および傾きに関するデータ
と、距離検出手段100により検出された距離を示すデー
タとを記憶する記憶手段300と、距離検出手段100による
最新の検出出力と記憶手段300に記憶されている距離を
示すデータとに基づいて、距離検出手段100の検出出力
の異常の有無を判断する異常検知手段400ならびに記憶
手段300上の位置および傾きデータと位置検出手段200の
検出出力とから距離検出手段100による検出出力の推定
値を算出するとともに、異常検知手段400の検知出力に
応じ、正常なら距離検出手段100の検出出力を、異常な
ら上記推定値をそれぞれ用いて誘導体GDに対する車両の
位置および傾きを算出し、その算出結果によって記憶手
段300上の位置および傾きデータを更新する演算手段500
を具備することにより、上述の技術的課題を達成する。
E.作用 距離検出手段100は、誘導体GDからの距離を検出する。
演算手段500は、移動検出手段200の検出出力と、記憶手
段300に格納されている前回サンプリング時の位置およ
び傾きデータとから、距離検出手段100による検出出力
を推定する。一方、異常検知手段400では、例えば前回
サンプリング時の位置データと比較することにより、距
離検出手段100の検出出力が異常か否かを判断する。そ
の結果、演算手段500では、距離検出手段が正常ならそ
の検出出力(実測値)を、それが異常なら上記推定値を
用いることにより車両の位置および傾きを算出する。算
出した値は新たな位置および傾きデータとして記憶手段
300に格納され、次のサンブリング時に使用される。こ
のようにして、距離検出手段100より正常な測定値が得
られないときは、前回サンプリング時のデータと車輪の
回転数をもとに正しい検出出力を推定し、これにより位
置および傾きを合理的に算出することが可能である。
F.実施例 第2図〜第6図を用いて本発明の一実施例を説明す
る。
第2図は、本実施例の車両位置検出装置の概略構成を
示すブロック図である。同図において、1,2は第7図に
おけると同様、車両CRの左方側面上の前後位置に配設さ
れた超音波センサであり、誘導体GDまでの距離を測定す
る。センサ側から発せられた超音波はある程度の広がり
をもって進行するが、この広がりの範囲内に障害物(今
の場合誘導体GD)があった場合、それによる反射波のう
ち、信号レベルの最も大きいもの、換言すれば最も早く
到達したものが検出される。したがって、常に誘導体GD
に対し直角方向の距離が検出される。
一方、11は移動検出装置であり、ロータリーエンコー
ダにより左右後輪の回転数を測定し、演算制御装置12に
出力する。演算制御装置12では、後述するように、上記
回転数より車両の移動距離および移動方向を算出すると
ともに、超音波センサ1,2によって測定された誘導体ま
での距離S1,S2と、上記車両の移動距離および移動方向
と、記憶装置13に格納されている前回サンプリング時の
データとをもとに、誘導体GDに対する車両CRの位置lと
傾きθとを算出し、それによって記憶装置1上のデータ
を書き換える。
実際には、演算制御装置12および記憶装置13は、CPU
と各種メモリおよび入出力回路を備えたいわゆるマイク
ロコンピュータシステムとして構成され、演算制御装置
12の各種機能は、予めストアされたプログラムを実行す
る形で実現される。
以下、第3図のフローチャートを用いてその手順を詳
述する。
まず、同図(a)において、サンプリングのタイミン
グが到来すると、超音波センサ1,2による誘導体GDまで
の距離の測定値S1,S2の値を読み込む(ステップS11)。
次に、左右後輪の回転数より、車両の移動距離および
移動方向を算出する(ステップS12)。これは次のよう
に行われる。1サンプリング周期中における左右後輪の
回転数をそれぞれnl,nrとすると、両後輪のその間にお
ける移動距離dr,dlは、車輪半径をRとして、それぞれd
l=2πR・nlおよびdr=2πR・nrとなる。車両の移
動距離は、両者の平均をとるものとして、d=(dl+d
r)/2となる。また、車両のトレッド幅をTとすれば、
車両の移動方向はψ=(dl−dr)/Tで表わされる。
このようにして求めた移動距離dおよび移動方向ψ
と、前回サンプリング時に記憶装置13に格納された車両
の位置lOLDおよび傾きθOLDとを用いて、超音波センサ
1,2による測定値を推定する(ステップS13)。これは次
のように行われる。上記車両の移動距離dおよび移動方
向ψは、左右後輪の中間、第4図に示すA点の位置につ
いて求まる。一方、誘導体GDに対する車両の位置を決め
る基準点を超音波センサ1の位置B点にとると、現在位
置は、 lNEW=lOLD+W(cosθOLD−cosθNEW) −P(sinθOLD−sinθNEW)+d sin(θOLD+ψ/2) と推定される。ここで、θNEWは、推定される現在の傾
きで、θNEW=θOLD+ψである。したがって、推定され
る超音波センサ1の測定値はS1NEW=lNEW、同じく超音
波センサ2の測定値は、両超音波センサ間の間隔をHと
して、S2NEW=lNEW+H sinθNEWとして求められる。な
お、記憶装置13には、走行開始前に、適当な初期値をセ
ットしておき、第1回のサンプリング時には、前回サン
プリングにおけるlOLDOLDの値としてそれを用いるも
のとする。
次に、ステップS11において求めた超音波センサ1,2に
よる測定値S1,S2が正常なものであるか否かを判断する
(ステップS14)。
第3図(b)はその判定手順を示す。測定値S(S1
しくはS2)と記憶装置13に格納されている前回サンプリ
ング時の測定値SOLD(S1OLDもしくはS2OLD)との差(絶
対値)をとり、これを所定の設定値LIMと比較する(ス
テップS141)。そして前者が後者より小さければ記憶装
置13のSOLDの値を今回の測定値Sの値に書き換える(ス
テップS142)。他方、前者が後者より大きければ、SOLD
の値をステップS13において求めた(S1NEWもしくはS
2NEW)の値に書き換える(ステップS143)。両超音波セ
ンサ1,2について、同様にしてその測定値が正常である
か否かを判断する。
次いで、これらの超音波センサ1,2の測定値(実測値
もしくは推定値)S1OLD,S2OLDの値を用いて、誘導体GD
に対する現在の位置lと傾きθとを算出する。これらは
それぞれ、 l=S1OLD として求められる。そこで、記憶装置13のlOLDおよびθ
OLDの値を、これらlおよびθの値に書き換える(ステ
ップS15)。
このようにして、超音波センサ1,2から正常な測定値
が得られない場合にも、誘導体GDに対する車両の位置お
よび傾きを的確に検出できる。
車両位置検出装置としての動作は以上のようなもので
あるが、これを搭載した自律走行車としては、第5図に
示すように、上述したような車両位置検出(ステップS
1)の結果に基づいて操舵角を決定し(ステップS2)、
図示しない操舵制御アクチュエータに送信して操舵角の
変更を行う(ステップS3)。操舵角αは、例えば次のよ
うに決定される。
第6図に示すように、現在誘導体GDに対し位置l(l
OLD)、傾きθ(θOLD)にある車両CRがそのままの状態
で前進を続けた場合、進行方向の前方Lの距離にある地
点における誘導体GDからの推定偏差は、dL=l−L tan
θとなる。ここで、この偏差値を所定の値DLに保つよう
に走行させるものとすれば、進路を変更せずに真直ぐ
(舵を現在の状況に固定したまま)走行するときの操舵
角を基準(角度零)とした絶対的な操舵角αは、α=C
(DL−dL)となる。ここでCは予め実験的に求められる
比例定数である。なおαの式の意味を少し補足すれば、
現在の車両の傾きθが零、すなわち誘導体GDに対し平行
な状態にあるとしても、そのときの車両の位置l=dL
設定値DL等しくなければ、αは零ではない。すなわち、
DL<dLであれば反時計回り、DL>dLであれば時計回りに
舵をきる必要があるということである。逆に、DL=dL
あれば、現在の車両の傾きθの値にかかわらず、とりあ
えずはαを例にとって(そのままの進路で)直進してよ
い。
超音波センサ1,2から正常な測定値が得られなかった
タイミングでは、推定値を用いて車両の位置および傾き
が決定され、それに応じた操舵が行われる。次の超音波
センサ1,2の測定値が正常に復帰すれば、その実測値を
用いて車両の位置および傾きが決定され、それに応じた
操舵が行われる。正常モードから異常モードへ移行する
際も、異常モードから正常モードへ復帰する際も、位置
および傾きの検出ならびに操舵角の決定は常に変わらぬ
タイミングで行われ、滑らかな走行制御が保たれる。
なお、以上の説明では、車両の位置および傾きを直接
示すデータlOLDOLDの他に、超音波センサ1,2による
測定値(実測値もしくは推定値)S1OLD,S2OLDをも逐次
更新しながら記憶装置13上に常時保持し、測定値が正常
か否かを判断するステップS14においてそれを読み出し
て用いるものとしたが、必要な場合にlOLDおよびθOLD
の値より算出してもよい。逆に、S1OLD,S2OLDの値自体
を車両の位置および傾きを示すデータと考えることも可
能である。両者は、 lOLD=S1OLD, の固定的な関係を有するからである。
以上の実施例において、超音波センサ1,2が距離検出
手段100に対応している。また移動検出装置11および演
算制御装置12における移動距離・方向の演算機能部分
(ステップS12)が移動検出手段200を構成している。さ
らに記憶装置13が記憶手段300に対応し、演算制御装置1
2における正常判断機能部分(ステップS14)が異常検知
手段400に、演算制御装置12における推定値の算出機能
部分(ステップS13)および車両の位置・傾き算出機能
部分(ステップS15)が演算手段500にそれぞれ対応して
いる。
G.発明の効果 本発明によれば、誘導体までの距離を検出する距離検
出手段において正常な検出出力が得られないときにも、
車両の移動方向および移動距離と前回サンプリング時の
データより求めた合理的な推定値を用いて車両位置を決
定できる。また、その値を用いて次回サンプリング時に
は距離検出出力の正常性の判断が行なえ、それが正常値
に復帰すれば自動的にその実測値を用いた位置検出に復
帰する。このようにして、正常モードと異常モードの切
換えが円滑に行なわれ、例えば、自律走行車の走行制御
に用いた場合に、異常モードとして特別な制御パターン
を用いるものと異なり、モード切換時に制御動作に不連
続を生じることがない。また、距離検出手段により前回
検出されて記憶手段に格納されている距離を示すデータ
と、距離検出手段により検出された最新の検出出力とに
基づいて距離検出手段の異常の有無を判断するため、例
えば距離検出手段の検出出力が急激に変化するような異
常を確実に検出できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はクレーム対応図である。第2図ないし第6図は
本発明の一実施例を説明するもので、第2図は車両位置
検出装置の構成を示すブロック図、第3図(a),
(b)は動作を示すフローチャート、第4図は超音波セ
ンサの推定測定値の算出原理を示す図、第5図はこの車
両位置検出装置を用いた自律走行車の走行制御の一例を
示すフローチャート、第6図はその場合の操舵角の算出
原理を示す図である。第7図は従来例を示すブロック図
である。 1,2:超音波センサ、11:移動検出装置 12:演算制御装置、13:記憶装置

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車両の同一側面上、前後にずれた少なくと
    も2箇所において一定のサンプリング周期ごとに、走行
    路に従って延設されている車両側方の誘導体までの距離
    を検出する距離検出手段と、 車両の左右両輪の回転数の測定結果よりサンプリング周
    期ごとの車両の移動距離および移動方向を検出する移動
    検出手段と、 上記誘導体に対する車両の位置および傾きを示すデータ
    と、前記距離検出手段により検出された距離を示すデー
    タとを記憶する記憶手段と、 前記距離検出手段による最新の検出出力と前記記憶手段
    に記憶されている距離を示すデータとに基づいて、前記
    距離検出手段の検出出力の異常の有無を判断する異常検
    知手段と、 記憶手段上の位置および傾きデータと移動検出手段の検
    出出力とから距離検出手段による検出出力の推定値を算
    出するとともに、異常検知手段の検知出力に応じ、正常
    なら距離検出手段の検出出力を、異常なら上記推定値を
    それぞれ用いて誘導体に対する車両の位置および傾きを
    算出し、その算出結果によって記憶手段上の位置および
    傾きデータを更新する演算手段とを具備することを特徴
    とする車両位置検出装置。
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JPS61138113A (ja) * 1984-12-11 1986-06-25 Japan Radio Co Ltd Gps航法装置
JPS63314612A (ja) * 1987-06-17 1988-12-22 Nissan Motor Co Ltd 自律走行車両制御装置

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