JP2722836B2

JP2722836B2 - 自律走行車両の障害物回避装置

Info

Publication number: JP2722836B2
Application number: JP3069828A
Authority: JP
Inventors: 勝規山田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-04-02
Filing date: 1991-04-02
Publication date: 1998-03-09
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JPH04305186A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、予め設定された移動
コースを自動的に走行する自律走行車両において、該自
律走行車両の進行方向前方に存在する障害物を回避して
自律走行する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自律走行車両としては、例えば
「“インテリジェント・ビークル −自動車を無人で走
行させる試み−”津川定之自動車技術会エレクトロニ
クス部門委員会資料昭和６２年９月１８日」に記載さ
れているものがある。上記の自律走行車両においては、
予め設定された走行コースに沿ってガードレール等のガ
イドが設けられており、自律走行車両に設けられた超音
波距離センサ等によって上記ガイドからの距離を計測
し、ガイドから一定の距離を保ち、かつガイドに沿って
自動的に走行するようになっている。上記のごとき自律
走行車両において、予定コースの進行方向前方に他の車
両等の障害物が存在する場合には、その障害物を迂回す
るために、当該障害物の場所ではガイドから離れて走行
する必要がある。

【０００３】図５は、従来の自律走行車両における障害
物回避装置の一例のブロック図である。図５において、
１はガードレール９に沿って自動走行する自律走行車
両、２〜５は自律走行車両１の車輪であり、２は左前
輪、３は右前輪、４は左後輪、５は右後輪である。ま
た、９は走行路に沿って設置されたガードレール（ガイ
ド）、１１、１１'はガードレール９までの距離を測定
する測距装置（例えば超音波距離センサ）であり、１１
は車両前部の左側面、１１'は車両後部の左側面に設置
されている。なお、図５では測距装置１１、１１'を車
両の左側にだけ取付け、左側ガードレールだけに対応す
るようになっているが、右側にも同様に取付けることで
両側のガードレールに対応することが出来る。また、１
２は車両前方に存在する障害物を検出する障害物検出手
段であり、例えばレーザレーダ等である。なお、ＴＶカ
メラによる画像処理を用いた障害物検出方法もある。ま
た、１３は舵角変更手段（ステアリング装置等）であ
り、後記の操舵角決定手段２４で求めた操舵角φによっ
て車両の舵角を変更する。また、１４、１４'はそれぞ
れ左右の後輪に取付けたロータリエンコーダであり、左
後輪４と右後輪５のそれぞれの回転数を検出する。

【０００４】次に、２０は演算装置であり、その機能を
ブロックに分けて示すと、車両位置検出手段２１、座標
算出手段２２、記憶手段２３、操舵角決定手段２４とな
る。車両位置検出手段２１は、測距装置１１の測定値ｌ
_FRONTと、測距装置１１'の測定値ｌ_REARとに基づいて、
車両とガードレールの距離およびガードレールに対する
傾き角θ、すなわち道路端に対する水平方向の傾き角を
算出する。車両からガードレールまでの距離はｌ_FRONT
を用い、ガードレールに対する車両の傾き角θは、下記
（数１）式で算出する。なお（数１）式において、Ｈは
測距装置１１と１１'間の間隔である。 θ＝（ｌ_FRONT−ｌ_REAR）／Ｈ …（数１）また、記憶手段２３には車両前方のＬ（ｍ）先における
ガードレールからの基準偏差ｙ_Sが記憶されている。ま
た、操舵角決定手段２４は、車両位置検出手段２１で算
出されたｌ_FRONTと傾き角θから車両の操舵角φを算出
する。すなわち、操舵角決定手段２４においては、車両
位置検出手段２１から与えられたｌ_FRONTとθから下記
（数２）式によってＤ（ｍ）先の偏差ｙを算出し、その
結果と記憶手段２３に記憶された標準偏差ｙ_Sを用いて
下記（数３）式によって操舵角φを算出する。なお、
（数３）式において、Ｋは比例定数であり、Ｌと共に実
験で求めた値である。ｙ＝ｌ_FRONT＋Ｌsinθ …（数２） φ＝Ｋ(ｙ−ｙ_S) …（数３）図６は上記の各数値の関係を示す図である。

【０００５】また、障害物検出手段１２で測定した障害
物までの距離ｈ_0bが記憶手段２３に記憶されたしきい値
以下になったと操舵角決定手段２４で判断されると、記
憶手段２３に記憶された舵角指令に基づいて、“回避−
直進−走行路への復帰”の順序で迂回動作を行なう。す
なわち、障害物を迂回するように自車を右方向へ回避
し、次に障害物に平行（道路端に平行）に直進し、障害
物を通り過ぎたら通常の走行路（ガードレールから所定
距離の位置）へ復帰する。この回避−直進−復帰の基準
となるのが、車両の位置座標である。この位置座標は座
標算出手段２２で求める。すなわち、座標算出手段２２
は、ロータリエンコーダ１４、１４'の測定値（タイヤ
の回転数）から車両の移動距離と移動方向を求め、車両
のスタート位置からの位置座標を求める。この位置座標
から、障害物を回避した後に十分な距離を直進したと判
断したとき走行路への復帰を行なう。

【０００６】上記のごとき回避時の操舵角制御方法は多
数考えられるが、いずれの方法においても、回避動作を
開始すると車両の先頭位置に設けられた障害物検出手段
１２の検知範囲から障害物が外れるため、障害物の実際
位置が測定不能となる。そのため、それまでの測定値に
基づいた推定によって走行路への復帰動作を行なうこと
になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の障
害物回避装置おいては、回避中は障害物を測定できない
ため、走行路へ復帰するタイミングが明確でなく、早く
復帰して障害物に接触するという問題、あるいは余裕代
を取り過ぎてなかなか復帰しないため、回避に時間がか
かる等の問題があった。また、障害物が移動体である場
合、例えば同じ走行路を先行している車両のような場合
には、迂回後に単に一定距離を直進しただけでは確実に
回避できたか否か不明であるため、復帰するタイミング
がわからないという問題もあった。

【０００８】本発明は、上記のごとき従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、回避後の復帰動作
を安全かつ迅速に行なうことの出来る自律走行車両の障
害物回避装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、本発明においては、前部に
設けられた測距手段と後部に設けられた測距手段の測定
値が障害物の検出を開始した時点と検出を終了した時点
とによって当該車両と障害物との相対速度を検出し、当
該車両の速度と上記相対速度との比を所定値に乗算して
設定走行距離を求め、後部に設けられた測距手段の測定
値が障害物の検出を終了した時点（障害物を通り過ぎた
時点）からの走行距離が上記設定走行距離以上になると
障害物を通過したと判断して通常走行路へ復帰させるよ
うに制御するものである。

【００１０】なお、特許請求の範囲において、当該車両
の走行速度を検出する第１の手段は、例えば、後記図３
のロータリエンコーダ１４、１４'で求めた車輪の回転
数から走行距離を求め、その単位時間当たりの値として
算出する座標算出手段２２に相当する。また、走行距離
を算出する第２の手段も上記座標算出手段２２に相当す
る。また、第３の手段は、主として障害物通過判断手段
２６に相当する。

【００１１】

【作用】上記のように、本発明においては、当該車両と
障害物との相対速度を検出し、当該車両の走行速度と上
記相対速度から安全な設定走行距離を算出し、当該車両
が障害物を通り過ぎた点から上記の設定走行距離以上走
行した後に通常の走行路へ復帰するものである。したが
って障害物が走行路前方を走行中の他車であったような
場合でも、安全な距離を保って通常走行路へ復帰するこ
とが出来ると共に、余裕代を取り過ぎて復帰が遅れると
いう畏れもなく、常に適確な回避−復帰動作を行なうこ
とが出来る。

【００１２】

【発明の実施例】図１は、この発明の一実施例のブロッ
ク図である。図１において、左前輪２、右前輪３、左後
輪４、右後輪５、走行路に沿って設置されたガードレー
ル９、ガードレール９までの距離を測定する測距装置１
１、１１'、障害物検出手段１２、舵角変更手段１３、
ロータリエンコーダ１４、１４'の部分は前記図５と同
様である。また、演算装置２０内において、車両位置検
出手段２１、座標算出手段２２、記憶手段２３の部分も
前記図５とほぼ同様である。

【００１３】また、演算装置２０内において、２５は操
舵角決定手段、２６は障害物通過判断手段である。障害
物通過判断手段２６は、操舵角決定手段２５からの回避
開始信号と、測距手段１１、１１'の測定データと、座
標算出手段２２で算出した位置座標とに基づいて障害物
を通過したことを判断し、かつ当該車両（以下、自車と
略記）と障害物との相対速度に基づいて走行路への復帰
のタイミングを判断する。操舵角決定手段２５は、障害
物通過判断手段２６の結果に基づいて舵角指令を舵角変
更手段１３へ出力する。

【００１４】以下、上記の迂回動作について詳細に作用
を説明する。図２は、本実施例の演算内容を示すフロー
チャートである。また、図３は信号波形図であり、図３
の（ａ）は迂回動作における自車の走行軌跡（ガードレ
ール９と自車１と障害物８との位置関係）を示す平面
図、（ｂ）および（ｃ）は（ａ）に示す迂回動作を行な
った場合における信号波形図であり、（ｂ）は図２に示
すフローチャートの場合の信号波形、（ｃ）は後記図４
に示すフローチャートの場合の信号波形を示す。

【００１５】まず、図３（ａ）に基づいて障害物回避の
概略を説明する。自車１は、その前部に設置した障害物
検知手段（例えばレーザレーダ）１２によって車両前方
を監視し、障害物８が自車１に対して予め設定した所定
距離以下になると、記憶装置２３に記憶してある舵角指
令に従って回避動作（右方向へ曲がる）し、ガードレー
ル９から所定距離Ｗだけ離れると直進方向（ガードレー
ルに添った方向）へ戻る。このように回避時のガードレ
ール９からの距離はＷである。そしてそのまま直進して
障害物８の横を通過したら、安全のために予め設定した
所定の距離を走行した後、左方向へ曲がって通常の走行
路へ復帰する。

【００１６】次に、図２に基づいて障害物を通過したか
否かの判断について説明する。まずＰ₀では、自車１と
障害物８との相対速度ｖ_Rの初期値０を設定する。次
に、Ｐ₁では、車両前部の側面に設けられている測距装
置（以下、前測距装置と記す）１１によって自車と左側
の物体との距離を計測する。自車が障害物８の横に達す
る前は左側の物体はガードレール９であり、図３（ｂ）
に示すように、自車との距離は回避動作によって順次増
加し、予め定められた所定距離Ｗに達すると直進方向へ
戻り、そのまま直進する。自車が障害物８の横に達する
と左側の物体は障害物８となる。

【００１７】次に、Ｐ₂では、現時点で測定している左
側の物体が障害物であるか否かを判断する。自車と障害
物８との距離は、自車とガードレール９との距離すなわ
ち所定距離Ｗよりも短いので、測定距離がＷより短い所
定のしきい値以下か否かによって判断することが出来
る。なお、上記のしきい値は、例えばＷ−ｌ_REARを用い
ることが出来る。なお、回避後の車両のガードレールか
らの距離Ｗは設定された舵角指令で決まり、また、ｌ
_REARは回避前の後方センサの測定値である。Ｐ₂でＮＯ
の場合は、Ｐ₁₆へ行って復帰判断（詳細後述）を行な
う。一方、Ｐ₂でＹＥＳの場合は、Ｐ₃へ行き、前測距装
置１１が障害物８の横に達した時点Ｔ₁（障害物の検出
開始時点）を記憶する。

【００１８】Ｐ₄では、車両後部の側面に設けられてい
る測距装置（以下、後測距装置と記す）１１'によって
自車と左側の物体との距離を計測する。以下、前記と同
様に、Ｐ₅で障害物か否かの判断を行ない、障害物の場
合にはＰ₆で後測距装置１１'が障害物８の横に達した時
点Ｔ₃を記憶する。次に、Ｐ₇、Ｐ₈、Ｐ₉では、前測距装
置１１が障害物８の横を通過したか否かを判断（測定距
離が所定距離Ｗになれば通過と判断）し、通過した時点
Ｔ₂（障害物の検出終了時点）を記憶する。次に、Ｐ₁₀
では、上記のＴ₂、Ｔ₃が計測記録されたか否かを判断
し、ＮＯの場合はＰ₄へ戻って上記のルートを繰り返
す。これは前測距装置１１と後測距装置１１'との間隔
Ｈよりも障害物８の長さが短いような場合に、Ｔ₂、Ｔ₃
が記録されないままになるのを防ぐために行なう。次
に、Ｐ₁₁、Ｐ₁₂、Ｐ₁₃では、後測距装置１１'が障害物
８の横を通過したか否かを判断（測定距離が所定距離Ｗ
になれば通過と判断）し、通過した時点Ｔ₄を記憶す
る。

【００１９】次に、Ｐ₁₄では、自車と障害物８との相対
速度を算出する。この相対速度は２つの測距装置が障害
物の横に達した時点の差、および障害物を通過した時点
の差から２回測定することが出来る。すなわち、前後の
測距装置の間隔をＨとすれば、ｖ₁＝Ｈ／(Ｔ３−Ｔ１） …（数４）ｖ₂＝Ｈ／(Ｔ４−Ｔ２） …（数５）である。上記（数４）式と（数５）式の２つの相対速度
を平均することによって下記（数６）式に示すように、
自車と障害物との相対速度ｖ_Rを算出する。ｖ_R＝(ｖ₁＋ｖ₂)／２ …（数６）Ｐ₁₅では、通常の走行路へ復帰するタイミングを判断す
るパラメータを算出する。このパラメータは後測距装置
１１'が障害物８の横を通過した時点Ｔ₄における自車の
位置座標（Ｘ、Ｙ）である。

【００２０】次に、Ｐ₁₆では、通常の走行路へ復帰する
タイミングを判断する。この判断は上記の位置座標
（Ｘ、Ｙ）と、現時点における自車の座標（Ｘ_NOW、Ｙ
_NOW）と、障害物を通過して復帰するまでの設定走行距
離Ｂ_Vとを用いて判断する。なお、設定走行距離Ｂ_Vは予
め記憶しておいた所定距離Ｂにｖ_a／ｖ_Rを乗じた値、す
なわちＢ_V＝Ｂ×ｖ_a／ｖ_R …（数７）を用いる。したがって設定走行距離Ｂ_Vは、自車と障害
物との相対速度ｖ_Rが小さい場合には大きな値となる。
ただし（数７）式において、ｖ_aは自車の現在の速度で
あり、例えば、ロータリエンコーダ１４、１４'で求め
た車輪の回転数から走行距離を求め、その単位時間当た
りの値として求めることが出来る。このｖ_aの算出は、
座標算出手段２２で求めて障害物通過判断手段２６へ送
る。Ｐ₁₆における通常の走行路へ復帰するタイミング
は、後測距装置１１'が障害物８の横を通過した時点Ｔ₄
（位置座標Ｘ、Ｙ）からの自車の走行距離Ｌaが上記の
設定走行距離Ｂ_Vを越えたとき復帰すると判断する。時
点Ｔ₄（位置座標Ｘ、Ｙ）からの自車の走行距離Ｌaは、
下記（数８）式で示され、したがって通常の走行路へ復
帰するタイミングは、下記（数９）で示される。

【００２１】

【数８】

【００２２】Ｐ₁₆では、上記（数９）式の条件が満足さ
れると通常走行路への復帰と判断し、Ｐ₁₇で操舵角決定
手段２５へ指令を送り、通常の走行路へ復帰する。な
お、上記（数９）式の条件が満足される前に、再び障害
物測定開始と判断された場合、すなわち一つの障害物を
追越した後に次の障害物が存在する場合には、Ｐ₁₆から
Ｐ₁へ戻り、再び前記と同じ処理を繰り返す。つまり上
記の場合には走行路には復帰せず、次の障害物を回避し
た後に復帰することになる。上記のように、図１、図２
に示した実施例においては、障害物を通過してから復帰
するまでの設定走行距離Ｂ_Vを障害物と自車との相対速
度ｖ_Rに応じて変化させるように構成しているので、障
害物が同一走行路を走行中の車両であり、それを追い越
すような場合でも、安全な車間距離Ｂを空けて走行路に
復帰することが出来る。

【００２３】次に、図４は、本発明の他の実施例におけ
る演算内容を示すフローチャートである。なお、図３
（ｃ）はこの演算内容に相当する信号波形図である。図
４において、Ｐ₂₀では、障害物が検知され、回避走行が
行なわれ、それが終了した信号、すなわちレーン変更が
終わったという信号（パターンが終わった時に出力され
る信号）が入力されたか否かを判断する。Ｐ₂₀でＹＥＳ
の場合は、Ｐ₂₁で、後測距装置１１'（前測距装置１１
でも可）で自車と左側の物体との距離を計測する。

【００２４】次に、Ｐ₂₂では、前記図２と同様に障害物
の検出開始を判断し、ＹＥＳの場合はＰ₂₃で現時点の測
定値が障害物を検出しているというフラグを設定する。
次に、Ｐ₂₄、Ｐ₂₅では、上記と同様に、障害物の検出終
了を判断し、ＹＥＳの場合はＰ₂₆で、通常の走行路へ復
帰するタイミングを判断するパラメータを記憶する。こ
のパラメータは障害物検出終了時、すなわち後測距装置
１１'が障害物を通り過ぎた時点における自車の位置座
標（Ｘ、Ｙ）である。

【００２５】次に、Ｐ₂₇では、通常の走行路へ復帰する
タイミングを判断する。この判断は、Ｐ₂₃のフラグと、
Ｐ₂₆の座標（Ｘ、Ｙ）と、現時点における自車の座標
（Ｘ_NOW、Ｙ_NOW）と、障害物を通過して復帰するまでの
設定走行距離Ｂ（予め設定した所定値）とを用いる。す
なわち、Ｐ₂₃のフラグが設定されており、かつ、後測距
装置１１'が障害物８の横を通過した時点（位置座標
Ｘ、Ｙ）からの自車の走行距離Ｌaが上記の設定走行距
離Ｂを越えたとき復帰すると判断する。なお、自車の走
行距離Ｌaは、前記（数８）式で算出する。したがって
下記（数１０）式が復帰のタイミングである。

【００２６】

【数１０】

【００２７】なお、上記（数１０）式が満足される前に
Ｐ₂₂で障害物検出開始と判断されると、Ｐ₂₁へ戻り、再
び上記の処理を繰り返す。つまり、設定走行距離Ｂを走
行する前に再び障害物があると走行路には復帰しない。
Ｐ₂₇で復帰と判断すると、操舵角決定手段２５に信号が
出力される。操舵角決定手段２５では記憶されている復
帰用の舵角指令に切り換えて舵角変更手段１３制御し、
通常の走行路へ復帰する。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、走行時の操舵制御用の測距装置からのデータを用い
て、障害物回避時の障害物位置の計測、通常走行路への
復帰時の判断に用いるように構成したことにより、新た
なセンサなどを追加することなしに、安全に走行路へ復
帰するタイミングを適確に判断することができ、また、
障害物が他の車両等の移動体である場合でも適正な復帰
時の判断を行なうことが出来る、という効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図。

【図２】本発明の一実施例における演算処理を示すフロ
ーチャート。

【図３】本発明の実施例における信号波形図。

【図４】本発明の他の実施例における演算処理を示すフ
ローチャート。

【図５】従来例のブロック図。

【図６】ガードレールと自車との位置関係を示す平面
図。

【符号の説明】

１…自律走行車両（当該車両）２…左前輪３…右前輪４…左後輪５…右後輪８…障害物９…ガードレール１１…前測距装置１１'…後測距装置１２…障害物検出手段１３…舵角変更手段１４、１４'…ロータリエンコーダ２０…演算装置２１…車両位置検出手段２２…座標算出手段２３…記憶手段２４…操舵角決定手段２５…操舵角決定手段２６…障害物通過判断手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】走行路に沿って設置されたガイドとの距離
を計測し、上記ガイドに沿ってガイドから所定距離を隔
てて設定された走行路を予め記憶しているデータに基づ
いて自動的に走行する自律走行車両において、当該車両
の側面の少なくとも前部と後部に設けられ、上記ガイド
までの距離を測定する少なくとも２つの測距手段と、当
該車両に取付けられ、当該車両前方の障害物との距離を
計測する障害物検出手段と、当該車両の操舵角を制御す
る舵角制御手段と、上記障害物検出手段が計測した障害
物との距離が所定距離以下になると上記障害物を避けて
当該車両を回避させ、障害物の横を通り過ぎた後に通常
の走行路へ復帰するように舵角制御手段を制御する操舵
角決定手段と、当該車両の走行速度を検出する第１の手
段と、当該車両の走行距離を検出する第２の手段と、上
記前部に設けられた測距手段と上記後部に設けられた測
距手段の測定値が上記障害物の検出を開始した時点と検
出を終了した時点とによって当該車両と障害物との相対
速度を検出し、上記第１の手段で求めた当該車両の走行
速度と上記相対速度との比を所定値に乗算して設定走行
距離を求め、上記後部に設けられた測距手段の測定値が
上記障害物の検出を終了した時点からの上記第２の手段
で求めた走行距離が上記設定走行距離以上になると障害
物を通過したと判断して上記操舵角決定手段へ通常走行
路への復帰を指示する第３の手段と、を備えたことを特
徴とする自律走行車両の障害物回避装置。