JP2837985B2 - 走行体のコース誘導システム - Google Patents

走行体のコース誘導システム

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JP2837985B2
JP2837985B2 JP4037218A JP3721892A JP2837985B2 JP 2837985 B2 JP2837985 B2 JP 2837985B2 JP 4037218 A JP4037218 A JP 4037218A JP 3721892 A JP3721892 A JP 3721892A JP 2837985 B2 JP2837985 B2 JP 2837985B2
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達也 古川
昌弘 廣池
達也 村瀬
晋也 広瀬
忠史 跡野
眞史 中村
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  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、折れ線として設定さ
れた走行予定コースに沿って走行体を誘導制御する際
に、コーナー毎に目標旋回半径を設けて旋回制御する走
行体のコース誘導システムに関する。
【0002】
【従来の技術】折れ線をコースとしそれに沿って誘導す
る走行体において、折れ線コースに早く収束させる方法
については多くの研究がなされているが、直線コースか
ら連続する次の直線コースに移行するコーナーの旋回を
スムーズに制御する方法がなかった。そのため、急激に
旋回したり、旋回時の遠心力によって車速が制限された
りして円滑な運転ができなかった。また、走路の制約で
大きく旋回しなければならない場合は、多数の直線コー
スを組み合わせた折れ線コースを設定する必要があり手
間がかかった。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】この発明は上記事情
に鑑みて創案されたもので、その主たる課題は、折れ線
コースとして設定された走行予定コースの各コーナーに
目標旋回半径を定めておきコーナーでは上記目標旋回半
径に基づいた旋回制御を行い、スムーズなコース移行を
行えるようにした走行体のコース誘導システムに関す
る。
【0004】
【問題点を解決するための手段】上記課題を解決するた
めに、請求項1の発明では、予め設定した走行予定コー
スに追従して誘導制御される走行体のコース誘導システ
ムにおいて、走行予定コースが、直線状に設定された直
線コースが連続する折れ線コースとして設定されると共
に、連続する直線コース間のコーナーに次の直線コース
に移行するための目標旋回半径が予め設定されている、
進行中の直線コースで旋回移行の予定位置に達した場合
に、走行体の現在位置を基にして次の直線コースに収束
するための旋回半径を算出する、該旋回半径を上記目標
旋回半径に近づけるよう操舵角を制御する旋回制御を行
なう、という技術的手段を講じている。また、請求項2
の発明では、上記直線コースを走行するのに、旋回移行
の予定位置まで走行するのに比例制御によるサーボ制御
を行う、旋回移行の予定位置に達した場合に現在位置か
ら次の直線コースに収束するための旋回半径を算出し、
該旋回半径を上記目標旋回半径に近づけるよう操舵角を
制御する旋回制御を行なう、という技術的手段を講じて
いる。
【0005】
【作用】走行予定コースは、直線コースが連続する折れ
線コースとして設定されるが、直線コースから次の直線
コースに移行する際に目標旋回半径が予め設定されてい
るので、走路の制約などにより大きく旋回する必要があ
る場合であっても、多数の直線コースに分解して組合せ
る必要なく、上記目標旋回半径に近づくように旋回制御
が行なわれるので、スムーズなコース移行が可能とな
る。
【0006】
【実施例】以下に、この発明のコース誘導システムをオ
フハイウエイトラック等の無人走行体誘導システムに適
用した場合の好適実施例を図面に基づいて説明する。こ
こで無人走行体の誘導システムは、無人走行体に搭載さ
れて、その速度及び前後進を検出する車速センサと、無
人走行体の絶対方位を検出するジャイロコンパスと、所
定のステーション内に設定された固定基準点を検出する
固定基準点測定センサと、これらのセンサからの検知信
号を入力し位置データを演算する位置検出手段、メモリ
に記憶された走行予定コースに追従して走行体の操舵角
と車速を制御する誘導制御手段を有する公知構成からな
っており、連続する直線の組み合わせで設定された折れ
線状の走行予定コースに追従するように誘導制御される
公知構成からなっている。
【0007】また、走行予定コースの原理は、図4に示
すように、無人走行体の走路をXY座標として表し、コ
ースを2点の座標で定義される直線の連続として設定す
る。図示例の場合、PC1−PC2−PC3−PC4−
PC5−PC6(PC2と同じ)の各点を設定し、PC
1とPC2により第1の区間となる直線コースが設定さ
れ、PC2とPC3により第2の区間となる直線コース
が設定され、終点となるPC6まで順次、折れ線として
形成されるコースが設定される。
【0008】そしてコース誘導システムは、図1に示す
ように位置検出手段1と、相対位置演算手段2と、操舵
角演算手段3と、操舵制御サーボ手段4と、走行予定コ
ースの各種データが記録されたメモリとを備えた構成か
らなっている。位置検出手段1は、走行予定コースを座
標で表わした場合の無人走行体の現在位置(X,Y)と
方位角φを検出する装置である。この位置検出手段1
は、前述のように走行体の走行速度を検出するスピード
センサから走行距離を検出し、ジャイロコンパス等で方
位角を検出して、起算点からの移動量を算出し現在位置
を求める構成、または一定位置に設定された固定基準点
を通過する際の相対的な位置を求めて現在位置を検出す
る構成等が、単独で、あるいは組み合わせて用いられ
る。
【0009】このようにして、無人走行体の現在の位置
座標が算出されると、誘導制御手段で、最寄りの直線コ
ースに追従するように比例制御が行なわれる。ここで比
例制御は、目標値(メモリに記憶され2点で定義された
直線コース)と現在値(位置座標)との差から求められ
る誤差に比例定数を掛けた値を無人走行体の操舵角の操
作量とするフィードバック制御からなっている。即ち、
無人走行体は、メモリに記録されているコースデータ及
び各コース毎に設定された速度データ、方位角データを
もとに、まず出発点から第1の区間となる直線コースに
追従し走行を開始する。これと共に、位置検出手段1
で、無人走行体の現在位置(X,Y)と方位角φが検出
される。
【0010】そして、相対位置演算手段2で、現在追従
している直線コース(2つの点座標で定義される)に、
無人走行体の上記算出された現在の位置座標から下ろし
た垂線により算出される相対座標(L,D)と、相対角
度θを求める。そして、上記直線コース上に追従するよ
うに、操舵角制御定数を掛けて、操舵角を算出し、これ
に基づいて操舵制御サーボ手段4が無人走行体のステア
リング装置を制御して無人走行体が直線コース上を走行
するように誘導制御する。このように直線コースに沿っ
て走行する無人走行体が、各直線コースにそれぞれ設定
された旋回移行の予定位置に達すると、誘導制御が上記
比例制御から旋回制御に切替わる。
【0011】本実施例での上記切換えの判定基準は次の
通りである。 コース移行時に無人走行体がコースに対して離脱距
離が+−0.5m以下で、且つ角度の差が+−3度以下
の場合は比例制御となるが、そうでない場合は旋回制御
となる。 旋回制御を行なっている場合に、無人走行体がコー
スに近づく方向で、且つその角度が切替え角度より小さ
くなり、離脱距離が+−2.5m以内になると、比例制
御となる。
【0012】ここで、切替え角度θtとは、指定された
旋回半径で走行している無人走行体が、ステアリングで
まっすぐに切り戻した時の無人走行体の方位角の変化で
ある。
【数1】 ここで、Vは車速、Cはステアリング角旋回半径反比例
定数、Vstはステアリング切れ速度(rad/se
c)、ψo初期ステアリング角(rad)、ΔTはステ
アリングの切り遅れ時間(秒)である。この切換え角度
θtは、車速に比例し、初期ステアリング角度の二次関
数となっており、実験的に修正して用いている。
【0013】 旋回制御を行なっている場合、無人走
行体が走行した距離のコースに平行な成分が旋回半径よ
り大きくなった場合に、比例制御となる。次に旋回制御
は、まず、前記と同様に、位置検出手段1で無人走行体
の位置座標を算出し、相対位置演算手段2で、現在追従
している直線コース(セグメント)からの相対座標
(L,D)と相対角度θ(車輛の方位角と追従している
コースの方位角との差)を求める。
【0014】次いで、操舵角演算手段3で、現在の位置
から次の区間となる直線コースに収束するのに必要な旋
回半径RRを求める(図2参照)。 RR=L/(1−Cos θ) 一方、車輛の旋回特性をアッカーマンステアリングで近
似すれば、曲率とステアリング角度は反比例の関係とな
るので、操舵角ξは次式で求められる。 ξ = C/ R R Cは定数 この式は、移行する次ぎのコースに誘導するために必要
なステアリング切れ角を予測するものである。これをフ
ィードバックすることによりコースへの誘導が行なわれ
るが、初期状態によっては旋回半径が大きくなりすぎて
コースに収束しない場合があるので目標旋回半径が予め
定められている。従って、予測した旋回半径が目標旋回
半径よりも大きい場合には、ステアリングを少な目に切
るように修正し、目標旋回半径よりも小さい場合には、
ステアリングを多めに切るように修正して、目標旋回半
径に近づける。
【0015】そこで、メモリから、上記当該コーナーに
おける目標旋回半径を呼び出す。この目標旋回半径Rで
旋回するための操舵角φは次の式で求められる。 φ =C/R そして、前記RRが予め設定してある目標旋回半径Rに
近づくように、まず操舵角φと操舵角ξの偏差εを求
め、実際の操舵角ψが定められる。ここで、目標旋回半
径に近づけるフィードフォワード量を上記ステアリング
角度の偏差に比例するように定義する。 ψ = ξ−κ×ε κは比例定数従って、上記式を整理すると次式となる。
【数2】 このようにして、操舵角演算手段3により実際の操舵角
φが求められる。図3に、上記旋回制御のシグナルフロ
ーチャートを示す。
【0016】このように、旋回制御は、旋回半径予測に
よる次の区間コースへ移行するためのフィードバック
と、旋回半径を指示された目標旋回半径に近づけるフィ
ードフォワード制御とで構成されている。そして、この
操舵角φは操舵制御サーボ手段4に入力され、図示しな
い無人走行体のステアリング装置を介して無人走行体が
目標旋回半径に近づくように旋回される。
【0017】このようにして、無人走行体が次ぎの区間
となる直線コースに移行し、位置検出手段1で検出され
た位置座標を基に次の区間の直線コースに移動したこと
が判定されると、誘導制御装置は前記旋回制御から比例
制御に切替わる。そして、再度直線コースに追従するよ
うに前述の比例制御が行なわれる。このような比例制御
と旋回制御の繰り返しにより、折れ線からなる走行予定
コースにそって無人走行体を誘導することができる。
【0018】
【発明の効果】以上この発明によれば、区間コースの移
行に際して、予め目標旋回半径を設定しておき、コース
の移行時に算出される旋回半径および操舵角を上記目標
値に近づけるように制御するので、コース移行をスムー
ズに行なうことができる。また、走路の制約等で大きく
旋回しなければならない場合にも、従来のように多数の
直線コースに分割する必要がなく、走行予定コースを簡
潔に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の無人走行体のコース誘導システムの
ブロック図である。
【図2】旋回制御を説明するための図である。
【図3】シグナルフローチャートを示す図である。
【図4】走行予定コースの原理を示す図である。
【符号の説明】
1 位置検出手段 2 相対位置演算手段 3 操舵角演算手段 4 操舵制御ターボ手段
フロントページの続き (72)発明者 村瀬 達也 東京都港区北青山一丁目2番3号 新キ ャタピラー三菱株式会社内 (72)発明者 広瀬 晋也 東京都港区北青山一丁目2番3号 新キ ャタピラー三菱株式会社内 (72)発明者 跡野 忠史 東京都港区北青山一丁目2番3号 新キ ャタピラー三菱株式会社内 (72)発明者 中村 眞史 東京都千代田区丸の内二丁目3番2号 日鉄鉱業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−52614(JP,A) 特開 平2−205904(JP,A) 特開 昭61−70616(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05D 1/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予め設定した走行予定コースに追従して
    誘導制御される走行体のコース誘導システムにおいて、 走行予定コースが、直線状に設定された直線コースが連
    続する折れ線コースとして設定されると共に、連続する
    直線コース間のコーナーに次の直線コースに移行するた
    めの目標旋回半径が予め設定されており、 進行中の直線コースで旋回移行の予定位置に達した場合
    に、走行体の現在位置を基にして次の直線コースに収束
    するための旋回半径を算出し、該旋回半径を上記目標旋
    回半径に近づけるよう操舵角を制御する旋回制御を行な
    うことを特徴とする走行体のコース誘導システム。
  2. 【請求項2】 予め設定した走行予定コースに追従して
    誘導制御される走行体のコース誘導システムにおいて、 走行予定コースが、直線状に設定された直線コースが連
    続する折れ線コースとして設定されると共に、連続する
    直線コース間のコーナーに次の直線コースに移行するた
    めの目標旋回半径が予め設定されており、 直線コースを走行するのに、旋回移行の予定位置まで走
    行するのに比例制御によるサーボ制御を行い、旋回移行
    の予定位置に達した場合に現在位置から次の直線コース
    に収束するための旋回半径を算出し、該旋回半径を上記
    目標旋回半径に近づけるよう操舵角を制御する旋回制御
    を行なうことを特徴とする走行体のコース誘導システ
    ム。
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