JP3024964B1 - 車両の走行制御装置およびそれを用いた車両 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 走行経路への追従性が向上された車両の走行
制御装置およびそれを用いた車両を提供する。 【解決手段】 位置／方向導出手段７は、走行経路Ｃお
よび走行経路Ｃ上の車両の取るべき目標車両方向を導出
する。制御手段８の目標位置算出手段は、車両計測手段
６によって検出された車両の現在の位置および方向と、
位置／方向導出手段７に基づいて車両の現在位置に対応
する走行経路Ｃ上の車両経路位置Ａから走行経路に沿っ
た予め定める目標決定距離Ｗ前方の目標位置Ｂおよび目
標位置Ｂでの目標車両方向を算出する。制御手段８の操
舵角算出手段は、前記目標位置Ｂに目標車両方向で到達
するような前輪３および後輪４の操舵角α１，α２を算
出し、前輪および後輪操舵駆動手段９，１０は操舵角算
出手段の演算結果に基づいてそれぞれ制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工場やコンテナタ
ーミナルで用いられ、予め定める走行経路に沿って走行
する無人走行車両に搭載される車両の走行制御装置およ
びそれを用いた車両にに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、無人走行車両（ＡＧＶ：Automate
d Guided Vehicle）が大形化し、走行速度が上昇してい
る。走行速度が上昇すると走行経路からのずれが大きく
なり、また急ハンドルにより車輪の滑り角が大きくな
る。特に、車輪の回転角度を積算演算して現在の位置を
推測する推測航法を行っている場合には車輪の滑り角に
よる位置誤差が増大してしまう。

【０００３】また従来の操舵方式では、直線、カーブ、
斜行（レーンチェンジ）走行、目標位置停止の各場合に
応じてそれぞれ異なった操舵方法を採っている。このた
め、制御プログラムが複雑になっている。

【０００４】また、前後輪操舵を採用すれば走行車の走
行経路への追従性を向上できることが従来より知られて
おり、典型的な従来技術として、たとえば特開平９−１
７１４０７号公報に開示されている。この従来技術で
は、車体の現在位置から予め定める一定距離前方の位置
を目標位置として、この目標位置を通過するように前後
輪操舵を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術で
は、指定された走行経路上の目標位置に車体が位置する
ように制御するのみであるので、走行経路の方向と車体
の方向とがずれる場合がある。特に高速走行を行う場合
には、ずれ量が大きくなってしまう。走行経路からのず
れ量が大きくなると急ハンドルを切らなければならなく
なり、この急ハンドルによって車輪の滑り角が大きくな
り、前述したように推測航法を行っている場合に位置誤
差が増大してしまうといった問題を有する。

【０００６】本発明の目的は、走行経路への追従性の向
上した車両の走行制御装置およびそれを用いた車両を提
供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、予め定められる２次元座標系上の予め定める走行経
路に沿って走行する車両に搭載される車両の走行制御装
置において、車両に備えられる前輪および後輪をそれぞ
れ個別に操舵する操舵駆動手段と、前記座標系における
現在の車両の位置および方向を計測する車両計測手段
と、前記予め定める走行経路、および走行経路上の指定
された位置での車両の取るべき目標車両方向を導出する
位置／方向導出手段と、車両計測手段および位置／方向
導出手段に基づいて、現在位置に対応した走行経路上の
車両経路位置から走行経路に沿った予め定める目標決定
距離前方の目標位置、および目標位置での目標車両方向
を算出する目標位置算出手段と、前記目標位置算出手段
に基づき、途中で操舵角を変化させなくとも車両が目標
位置に目標車両方向で到達するための前輪および後輪の
各操舵角を算出する操舵角算出手段とを備え、前記目標
決定距離は、車両の走行速度が増加するにつれて長くな
り、各操舵駆動手段は操舵角算出手段の演算結果に基づ
いてそれぞれ操舵駆動制御されることを特徴とする車両
の走行制御装置である。

【０００８】本発明に従えば、車両は目標位置算出手段
によって走行方向前方の走行経路上の目標位置およびこ
の目標位置での目標車両方向を算出し、車両はこの算出
した目標位置に目標車両方向で到達するように操舵駆動
手段を制御する。このように、目標位置で、目標位置に
応じた方向、たとえば走行経路の接線方向など目標位置
での最適な方向となるように各操舵駆動手段を制御する
ので、高速走行においても車両の走行経路への追従性が
良好となる。また急ハンドルも防がれ、急ハンドルによ
る車輪の滑り角を防ぎ、推測航法を行っている場合でも
位置誤差の増大を防止することができる。

【０００９】また、位置／方向導出手段は走行経路が記
憶されるとともに走行経路全体にわたって目標車両方向
が記憶されていてもよく、目標位置を決定する毎に目標
車両方向を記憶される走行経路から算出してもよい。ま
た車両は前後輪操舵にされ操舵性が向上されるので、目
標決定距離が短くとも目標位置で目標車両方向となるよ
うに確実に操舵することができる。車両の走行速度が速
くなるとカーブなど曲がりにくくなる。車両の走行速度
が速く目標位置が短い場合には急ハンドルを切らなけれ
ばならず、これによって車輪に滑り角が生じる恐れがあ
る。これに対して本発明では、車両の走行速度が増加す
るにつれて目標決定距離を長くするので、車両の走行速
度が速くなったとしても滑り角を防ぐことができる。ま
た、走行速度が低い場合には目標決定距離を短かくして
走行経路に正確に追従して走行することができる。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】請求項２記載の本発明は、前記２次元座標
系上での座標位置が予め定められる複数の被検出体が走
行経路に沿って配置され、前記車両計測手段は、車両の
方向を検出するジャイロと、車両が被検出体近傍を通過
するとき車両に対する被検出体の相対位置を検出する経
路検出手段と、経路検出手段の検出出力に応答して被検
出体を判別し、座標位置を求める判別手段と、前輪およ
び後輪の各車輪のうち少なくともいずれか１つの車輪の
操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記車輪の軸線ま
わりの回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記複
数の被検出体のうちの走行方向に異なった第１および第
２の被検出体を検出した経路検出手段の検出出力に応答
し、第１および第２の被検出体を検出した第１および第
２時刻間にわたるジャイロの検出出力に基づいて車両の
方向の変位量を算出する第１演算手段と、第１および第
２の被検出体を検出した経路検出手段の検出出力に応答
し、第１演算手段、判別手段、回転角度検出手段および
操舵角検出手段に基づいて前記第１および第２時刻間の
前記車輪の直線走行距離を算出する第２演算手段と、第
１演算手段および第２演算手段の出力に基づいて第１お
よび第２時刻における車両の方向を算出する第３演算手
段とを備えることを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、走行経路に沿って間隔を
あけて配置される各被検出体は予め座標位置が定められ
ており、経路検出手段によって被検出体を検出したとき
判別手段によって検出した被検出体の座標位置が求めら
れる。またジャイロによって検出した車両の方向にはド
リフトによる誤差が含まれるが、第１時刻と第２時刻間
の短い時間ではドリフトは殆ど生じないので、この間の
車体方向変位量の計測値には誤差はないものとする。

【００２０】第１の被検出体および第２の被検出体の座
標位置はそれぞれ予め定められているので、これらの第
１および第２被検出体間の距離は算出して求めることが
できる。したがって第１および第２時刻間の車輪の直線
走行距離、すなわち第１および第２車輪位置間の距離、
第１および第２被検出体間の距離およびジャイロによる
第１および第２時刻間の車両の方向の変位量に基づいて
第３演算手段によって第１時刻での車両の方向が算出さ
れ、この値に前述の車両の方向の変位量を加えて第２時
刻での車両の方向が算出される。このようにして、走行
経路に沿って間隔をあけて離散的に配置される被検出体
の相対位置を検出する経路検出手段が１つであっても車
両の方向を計測することが可能である。また第２演算手
段は回転角度検出手段および操舵角検出手段に基づい
て、車輪が微小角度回転する毎の走行距離を操舵角検出
手段によって２次元座標系上でｘ軸方向およびｙ軸方向
に分解し、これらを積分することによって第１および第
２車輪位置間の直線距離を算出する。したがって、第１
および第２時刻間に車両の方向が変化したとしても第１
および第２車輪位置間の直線距離を正確に算出でき、こ
れに基づいて第３演算手段によって車両の向きを正確に
算出することが可能となる。

【００２１】請求項３記載の本発明は、予め定める２次
元座標系上の予め定める走行経路に沿って走行する車両
において、車体と、車体に備えられる前輪および後輪
と、前記前輪および後輪をそれぞれ個別に操舵する操舵
駆動手段と、前記座標系における現在の車両の位置およ
び方向を計測する車両計測手段と、前記予め定める走行
経路、および走行経路上の指定された位置での車両の取
るべき目標車両方向を導出する位置／方向導出手段と、
車両計測手段および位置／方向導出手段に基づいて、現
在位置に対応した走行経路上の位置から走行経路に沿っ
た予め定める目標決定距離前方の目標位置、および目標
位置での車両の取るべき目標車両方向を算出する目標位
置算出手段と、目標位置算出手段に基づき、途中で操舵
角を変化させなくとも車両が前記目標位置に目標車両方
向で到達するための前輪および後輪の各操舵角を算出す
る操舵角算出手段とを備え、前記目標決定距離は、車両
の走行速度が増加するにつれて長くなり、各操舵駆動手
段は前記操舵角算出手段の演算結果に基づいてそれぞれ
操舵駆動制御されることを特徴とする車両である。

【００２２】本発明に従えば、車両は現在位置から予め
定める距離前方の走行経路上の目標位置および目標位置
での目標車両方向を目標位置算出手段によって算出し、
操舵角算出手段によって前記目標位置で、目標車両方向
で到達するような各操舵角を算出し、この算出した演算
結果に基づいて各操舵駆動手段は操舵制御される。この
ように、進行方向前方の目標位置だけでなく、この目標
位置で目標車両方向で到達するように車両の操舵制御を
行うので、走行経路への追従性が向上し、急ハンドルも
防がれる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある車両の走行制御装置５を用いた無人走行車両１の構
成を簡略化して示すブロック図である。無人走行車両１
は、たとえばコンテナターミナルでコンテナ搬送用に用
いられ、車体２と、車体２に備えられ、それぞれ個別に
操舵される前輪３と後輪４と、これらの前輪および後輪
３，４を制御する走行制御装置５とを備える。無人走行
車両１が走行するコンテナターミナルの走行面には、直
交２次元座標が設定されており、この２次元座標に予め
定める走行経路Ｃが設定されており、この走行経路Ｃに
沿って走行するように走行制御装置５は前輪３および後
輪４の操舵制御を行う。

【００２４】走行制御装置５は、前輪３を操舵する前輪
操舵駆動手段９と、後輪４を操舵する後輪操舵駆動手段
１０と、座標系における現在の車両１の位置および方向
を計測する車両計測手段６と、予め定める走行経路Ｃお
よび走行経路Ｃ上の指定された位置での車両１の取るべ
き目標車両方向を導出し、最終目標位置が設定される位
置／方向導出手段７と、車両計測手段６および位置／方
向導出手段７に基づいて前輪および後輪操舵駆動手段
９，１０を操舵駆動制御する制御手段８とを備え、制御
手段８は、車両計測手段６および位置／方向導出手段７
に基づいて、現在位置に対応した走行経路Ｃ上の車両経
路位置Ａから走行経路Ｃに沿った予め定める目標決定距
離Ｗ前方の目標位置Ｂ、および目標位置Ｂでの目標車両
方向を算出する目標位置算出手段と、目標位置と最終目
標位置とでいずれが近いかを判断し、近い方の目標位置
を出力する判断手段と、判断手段の出力に応答し、車両
１が前記目標位置Ｂに、目標車両方向で到達するための
前輪３の操舵角α１および後輪４の操舵角α２をそれぞ
れ算出する操舵角算出手段とを備え、前輪および後輪操
舵駆動手段９，１０は前記操舵角算出手段の演算結果に
基づいてそれぞれ操舵駆動制御される。走行面には、走
行経路Ｃに沿って複数の被検出体５０が配置され、計測
手段６は、この被検出体５０を順次検出して車両の現在
位置および方向を計測する。

【００２５】位置／方向導出手段７は、たとえば予め記
憶手段に走行経路Ｃが記憶されるか、または中央で無人
走行車両１を管理するホストコンピュータから送信され
た走行経路を受信して記憶手段に記憶する。走行経路Ｃ
は、図２に示されるように２次元座標系上に直線または
円などの方程式で与えられた複数の経路を連ねて構成さ
れ、このような経路の方程式が位置／方向導出手段に備
えられる記憶手段に記憶される。したがって、走行経路
Ｃ上で車両１の取るべき目標車両方向は予め記憶手段に
記憶しておいてもよいが、本実施形態では目標位置で前
記経路の方程式を微分した経路の傾きを目標車両方向と
し、目標位置が与えられる毎に算出するものとする。ま
た、たとえば図２に示されるように相互に近接した２本
の直線経路１７，１８間を斜めに連結する連結経路２０
に沿って移動するときには、連結経路２０の方向に車体
の向きを傾けるのでなく、前後の直線経路１７，１８に
等しい車両の方向を維持した状態で斜行するように制御
する。そのために、連結経路２０上での車両の方向を予
め別途に記憶しておくか、または走行経路Ｃの全体の形
状から斜行するように判断した場合に、車両の方向を別
途に算出する。このような斜行は、たとえばレーンチェ
ンジなどで適用される。

【００２６】図１に示されるように、たとえば前輪３は
シャフト１５の両端部にシャフト１５に同軸に支持さ
れ、前輪操舵駆動手段９はシャフト１５の軸線方向中央
部でシャフト１５に垂直（図１の紙面に垂直）な操舵軸
線Ｊ１まわりに角変位させて操舵する。同様に、後輪操
舵駆動手段１０も後輪４のシャフト１６の軸線方向中央
部に垂直な操舵軸線Ｊ２まわりに角変位させて操舵す
る。

【００２７】また前記位置／方向導出手段７の記憶手段
には、予め停止位置が最終目標位置として記憶されてい
る。この最終目標位置は走行経路上に設定されていても
よく、また走行経路から外れた位置であってもよい。ま
た最終目標位置での車両の方向も予め設定されている。
また最終目標位置が走行経路上にある場合には、走行経
路の方向を最終目標位置での車両の方向としてもよい。

【００２８】前輪３および後輪４の少なくともいずれか
一方は、エンジンなどの走行駆動手段（図示せず）によ
って駆動される。この走行駆動手段も走行制御装置５の
制御手段８によって制御され、たとえば、車両が最終目
標位置に近付いた場合にはブレーキをかけて最終目標位
置に停止するように走行駆動手段を制御する。また、車
両がカーブに近付いた場合にはカーブに進入する手前で
ブレーキをかけて速度を落とすように制御する。

【００２９】図３は、走行制御装置５の制御手段８の制
御方法を示すフローチャートである。まず、ステップａ
１において、制御手段８は車両計測手段６および位置／
方向導出手段７に基づいて車両の走行経路Ｃ上の車両経
路位置を算出する。この車両経路位置の算出方法は、図
４のフローチャートで示す。

【００３０】車両１上の予め定める位置、たとえば前輪
３の操舵軸線Ｊ１に対応する２次元座標系上の点を車両
１の現在位置としたとき、車両１は必ずしも走行経路Ｃ
上にはない。したがって、車両１の現在位置に対応する
走行経路Ｃ上の車両経路位置を求める必要がある。この
場合に、先ず図４のステップｂ１で車両の現在位置に最
も近い経路の方程式を選び出す。

【００３１】次にステップｂ２において最も近い経路の
方程式が１つか否かが判断され、１つの場合にはステッ
プｂ３に進み、２つ以上の場合にはステップｂ４に進
む。最も近い経路の方程式が２つの場合とは、たとえば
図５に示すように走行経路が屈曲している場合におい
て、その屈曲点近傍に車両１が配置されたときであり、
図５に示すように車両１の中心点と各走行経路Ｃとの距
離が等しくなった場合である。

【００３２】最も近い経路の方程式が１つの場合にはス
テップｂ３において車両１の２次元座標系上の現在位置
から走行経路上に射影した点、すなわち現在位置から走
行経路上に下ろした垂線と走行経路との交点を求め、こ
れが車両経路位置Ａとなる。

【００３３】また最も近い経路の方程式が２つ存在した
場合には、ステップｂ４において各経路上に車両１の現
在位置からの射影点を求め、ステップｂ５において複数
の射影点のうち、走行方向最も前方の射影点を選択し、
この点を車両経路位置とする。

【００３４】また本発明の他の実施の形態として、射影
点が２つある場合にこれらの中央の点の走行経路Ｃ上の
位置を車両経路位置とするようにしてもよい。

【００３５】再び図３に戻り、ステップａ２においてス
テップａ１で算出された車両経路位置Ａ、および位置／
方向導出手段に基づいて、目標位置算出手段で目標位置
Ｂおよび目標車両方向を算出して出力する。目標位置
は、車両経路位置Ａを始点として走行方向前方に走行経
路Ｃに沿った目標決定距離Ｗ、本実施形態ではたとえば
３ｍ前方の点とする。この目標位置Ｂの座標と経路の方
程式とから位置／方向導出手段によって目標位置Ｂでの
目標車両方向を算出して出力する。

【００３６】次にステップａ３において目標位置算出手
段の算出出力に応答し判断手段で、位置／方向導出手段
に予め設定される最終目標位置と前記目標位置算出手段
で算出された目標位置とのいずれが現在の車両の位置に
近いかを判断し、目標位置が近い場合にはステップａ４
に進んで目標位置を出力する。最終目標位置が近い場合
にはステップａ７に進んで最終目標位置を出力する。

【００３７】ステップａ４では、前記判断手段からの出
力に応答し、操舵角算出手段がまず位置／方向導出手段
で目標車両方向を算出し、この目標車両方向と判断手段
から出力された目標位置とに基づいて、操舵角算出手段
で前輪操舵駆動手段９および後輪操舵駆動手段１０の操
舵角度α１，α２をそれぞれ算出する。算出方法は、 ∠ ベクトルの角度を出力する演算子 ａｔａｎ（） アークタンジェント関数 Ｐ０ 現在の前軸の操舵軸線Ｊ１の２次元座標系における位置ベクト ル（車両計測手段で算出） Ｐ１ 目標位置での前輪操舵軸線Ｊ１の２次元座標系における位置ベ クトル（目標位置算出手段で算出） θ０ ２次元座標系における現在の車両の方向(車両計測手段で算出) θ１ 目標位置における２次元座標系での目標車両方向（目標位置算 算出手段で算出） α１ 前輪の操舵角度 α２ 後輪の操舵角度 Ｌ 前輪と後輪との間隔（予め操舵角算出手段に設定しておく） としたとき、前輪の操舵角度α１は、θ１−θ０が０近
くの値でない場合（たとえば、｜θ１−θ０｜≧０．１
ｒａｄ）

【００３８】

【数１】

【００３９】θ１−θ０が０または０に近い場合（たと
えば、｜θ１−θ０｜＜０．１ｒａｄ) α１ ＝ ∠（Ｐ１−Ｐ０）−θ０ …（２） として求め、後輪の操舵角度α２は、 α２ ＝ ａｔａｎ［｛ｓｉｎα１−Ｌ・(θ１−θ０)／(ｓ１−ｓ０)｝／ ｃｏｓα１］ …（３） として求める。ただし、

【００４０】

【数２】

【００４１】である。なお、各式（１）〜（４）の導出
方法は後述する。

【００４２】次にステップａ６において前後輪３，４の
操舵角が操舵角算出手段で算出された各操舵角α１，α
２になるように前輪操舵駆動手段９および後輪操舵駆動
手段１０をそれぞれ操舵駆動制御する。

【００４３】そして再びステップａ１に戻り、車両経路
位置を算出して前輪および後輪の操舵角制御を再び行
う。このようにして走行制御装置５は、予め定める周期
で操舵駆動制御を行うが、この操舵駆動制御を行う周期
は前記目標決定距離Ｗを車両１が走行するのに要する時
間よりも短く選ばれ、本実施形態では目標決定距離Ｗを
車両１の平均速度で走行するのに必要な時間をＴ１とし
たとき、車両の操舵駆動制御の間隔ΔＴは、Ｔ１／３程
度に選ばれる。

【００４４】前述の操舵角算出手段の算出式（１）〜
（４）では前輪３および後輪４を算出した操舵角α１，
α２に操舵駆動するのに必要な時間を０としているが、
実際には操舵駆動する時間が存在し、この間に車両が走
行することになる。これによって車両は目標位置からわ
ずかにずれる恐れがあるが、前述したように目標位置に
到達するまでに再び各車輪３，４の操舵角制御を行うの
で、車両１は走行経路Ｃから大きくずれることなく、走
行経路に追従して走行することができる。

【００４５】前記ステップａ７において判断手段が最終
目標位置を出力すると、ステップａ８において前述のス
テップａ５と同様の演算を、目標位置を最終目標位置に
置き換えて操舵角算出手段で行って操舵角α１，α２を
求め、ステップａ９で前記ステップａ６と同様に前後車
輪３，４の操舵駆動を行う。

【００４６】さらにステップａ１０において、車両計測
手段６の検出出力および位置／方向導出手段に設定され
た最終目標位置の位置座標とに基づいて車両位置が最終
目標位置に到達したか否かが判断され、到達していない
場合には再びステップａ８に戻り、最終目標位置に向け
て操舵角制御を行う。ステップａ１０において、車両が
最終目標位置に到達していると判断した場合には、ステ
ップａ１１に進んで前記走行駆動源を制御して車両１を
停止させる。

【００４７】次に図６を参照して、前述した操舵角算出
手段での演算式（１）〜（４）の導出方法について説明
する。 記号の定義 ｔ０ 現在時刻 ｔ１ 目標点に達する時刻 Ｐ０ ｔ０における前輪操舵軸線Ｊ１の２次元座標系における位置ベ クトル Ｐ１ 目標点、すなわちｔ１における前輪操舵軸線Ｊ１の２次元座標 系における位置ベクトル θ０ ｔ０における車両の方向 θ１ ｔ１における車両の方向 Ｑａ〜Ｑｄ 左前輪を車輪ａ、左後輪を車輪ｂ、右前輪を車輪ｃ、右後輪を 車輪ｄとしたときの各車輪ａ〜ｄの２次元座標系における位置 ベクトル ｍａ〜ｍｄ 操舵機構の各シャフト１５，１６の操舵軸線から各車輪ａ〜ｄ への車両におけるベクトル ｜ｍ｜ ｍａ〜ｍｄの絶対値 Ｌ 後輪の操舵機構のシャフト１６の操舵軸線Ｊ２から前輪の操舵 機構のシャフト１５の操舵軸線Ｊ１への車両におけるベクトル ｜Ｌ｜ Ｌの絶対値 ｖａ〜ｖｄ 各車輪ａ〜ｄの２次元座標系における走行速度ベクトル |ｖａ|〜|ｖｄ| ｖａ〜ｖｄの絶対値（後述する車輪径の補正を行ったもの） θ ２次元座標系における車両の方向 α１，α２ 前輪、後輪の操舵角度

【００４８】まず、操舵角度と走行速度から車体の２次
元座標系での角変位角度を求める式の導出方法について
説明する。車輪ａ，ｂについての拘束条件を考える。 （Ｑａ−ｍａ）−（Ｑｂ−ｍｂ）＝ Ｌ …（５） ∫ｖａｄｔ−ｍａ−∫ｖｂｄｔ＋ｍｂ ＝ Ｌ …（６）

【００４９】

【数３】

【００５０】両辺をｔで微分する。

【００５１】

【数４】

【００５２】上式は、以下のようにθを分離できる。

【００５３】

【数５】

【００５４】回転行列とベクトルの積がゼロベクトルで
あるためには、ベクトルがゼロベクトルである必要があ
る。 ｖａ・ｃｏｓ(α１)＋|ｍ|・ｃｏｓα１・(ｄθ／ｄｔ＋ｄα１／ｄｔ) −ｖｂ・ｃｏｓ(α２)−|ｍ|・ｃｏｓα２・(ｄθ／ｄｔ＋ｄα２／ｄｔ)＝０ …（10） ｖａ・ｓｉｎ(α１)＋|ｍ|・ｓｉｎα１・(ｄθ／ｄｔ＋ｄα１／ｄｔ) −ｖｂ・ｓｉｎ(α２)−|ｍ|・ｓｉｎα２・(ｄθ／ｄｔ＋ｄα２／ｄｔ) −|Ｌ|・ｄθ／ｄｔ＝０ …（11）

【００５５】同様に、車輪ｃ，ｄについて計算を行うと
以下の式が得られる。 ｖｃ・ｃｏｓ(α１)−|ｍ|・ｃｏｓα１・(ｄθ／ｄｔ＋ｄα１／ｄｔ) −ｖｄ・ｃｏｓ(α２)＋|ｍ|・ｃｏｓα２・(ｄθ／ｄｔ＋ｄα２／ｄｔ)＝０ …（12） ｖｃ・ｓｉｎ(α１)−|ｍ|・ｓｉｎα１・(ｄθ／ｄｔ＋ｄα１／ｄｔ) −ｖｄ・ｓｉｎ(α２)＋|ｍ|・ｓｉｎα２・(ｄθ／ｄｔ＋ｄα２／ｄｔ) −|Ｌ|・ｄθ／ｄｔ＝０ …（13） 式（１０），（１２）を足すことにより、 （ｖａ＋ｖｃ）・ｃｏｓ（α１）−（ｖｂ＋ｖｄ）・ｃｏｓ（α２）＝０ …（14） 式（１１），（１３）を足すことにより、 （ｖａ＋ｖｃ）・ｓｉｎ（α１）−（ｖｂ＋ｖｄ）・ｓｉｎ（α２） −２｜Ｌ｜・ｄθ／ｄｔ＝０ …（15） が得られる。式（１４），（１５）よりｖｂ，ｖｄを消
去すると、 ｄθ／ｄｔ ＝｛(ｖａ＋ｖｃ)・ｓｉｎ(α１−α２)｝／(２・|Ｌ|・ｃｏｓα２） …（16） が得られる。積分すると走行速度から２次元座標系での
車両の角変位角度を求める式が得られる。θ０は積分の
初期値である。 θ＝∫{(ｖａ＋ｖｃ)・ｓｉｎ(α１−α２)}／(２・|Ｌ|・ｃｏｓα２)・ｄｔ ＋θ０ …（17）

【００５６】式（１７）より、 θ１ ＝ ∫｛(ｖａ＋ｖｃ)・ｓｉｎ(α１−α２)｝／(２・Ｌ・ｃｏｓα ２)・ｄｔ＋θ０ 積分期間ｔ０〜ｔ１ …（18） と求まる。また、時刻ｔ１での前輪中央の位置Ｐ１は式
（１９）で示される。

【００５７】

【数６】

【００５８】ここで、走行距離を意味するパラメータｓ
を導入する。 ｓ ＝ ∫（ｖａ＋ｖｃ）／２・ｄｔ …（20） 両辺を微分し、 ｄｓ ＝ （ｖａ＋ｖｃ）／２・ｄｔ …（21） 式（１８），（１９）を書換える（積分パラメータの変
換）と、以下のようになる。 θ１＝∫｛ｓｉｎ（α１−α２）｝／（Ｌ・ｃｏｓα２）・ｄｓ＋θ０ 積分期間ｓ０〜ｓ１ …（22）

【００５９】

【数７】

【００６０】ｓ０，ｓ１はＰ０，Ｐ１地点でのｓであ
る。α１，α２はＰ０からＰ１までの走行間に変化させ
ないと考えると式（２２）の積分の内部は定数となる。
このため、θはｓ＝ｓ０でθ＝θ０、ｓ＝ｓ１でθ＝θ
１となるｓの一次式で表わせる。 θ ＝ ｛（θ１−θ０）／（ｓ１−ｓ０）｝・（ｓ−ｓ０）＋θ０ …（24） 式（２４）を式（２３）に代入する。

【００６１】

【数８】

【００６２】まず、θ０とθ１が等しくない場合に式
（２５）を積分する。

【００６３】

【数９】

【００６４】式（２７）のノルム（大きさ）を計算する
ことによりｓ１−ｓ０が計算できる。これが前記式
（４）となる。

【００６５】

【数１０】

【００６６】また、角度からα１が、求まる。これが前
記式（１）となる。

【００６７】

【数１１】

【００６８】θ１とθ０が近い場合、計算誤差が大きく
なるが、これを避けるために以下の計算を行う。 （ｓｉｎθ１−ｓｉｎθ０）／（θ１−θ０）， （−ｃｏｓθ１＋ｃｏｓθ０）／（θ１−θ０）のθ１
→θ０の極限を計算する。 (ｓｉｎθ１−ｓｉｎθ０)／(θ１−θ０) → ｃｏｓθ０ …（28） (−ｃｏｓθ１＋ｃｏｓθ０)／(θ１−θ０) → ｓｉｎθ０ …（29） 式（２８），（２９）を式（２７）に代入し、式
（４），（１）と同様の計算を行う。 ｓ１−ｓ０ ＝ ｜Ｐ１−Ｐ０｜ …（30） α１ ＝ ∠（Ｐ１−Ｐ０）−θ０ …（２） このようにして前記式（２）が導かれる。θ０とθ１が
等しい場合についても同様の計算を行うと式（３０）、
（２）と同じ結果が得られる。

【００６９】次に、α２を求める。式（２２），（２
４）の微分が等しいので、次の式（３１）が得られる。 ｛ｓｉｎ(α１−α２)｝／(Ｌ・ｃｏｓα２)＝(θ１−θ０)／(ｓ１−ｓ０) …（31） α２以外の変数値は既知であるので、式（３１）をα２
について解く。 α２ ＝ ａｔａｎ［{ｓｉｎα１−Ｌ・(θ１−θ０)／(ｓ１−ｓ０)}／ｃｏｓα１］ …（３） このようにして前記式（３）が導かれる。現在地点から
求められた前後車輪の各操舵角度α１，α２でｓ１−ｓ
０の距離を進めば、目標車両方向で目標位置に到達する
ことができる。

【００７０】図７は、車両計測手段６の構成を示すブロ
ック図である。車両計測手段６は、２次元座標系におけ
る車両２の方向を検出するジャイロ４１と、前輪３また
は後輪４の各車輪のうち少なくとも１つ、本実施形態で
は２つの前輪３の操舵角を検出する操舵角検出手段４２
と、前輪３の回転角度を検出する回転角度検出手段４３
と、車体２が被検出体５０上を通過するとき車体２に対
する被検出体５０の相対的な２次元位置を検出する経路
検出手段４４と、車両２の方向および位置を算出する演
算手段４５とを含んで構成される。

【００７１】車両１の走行面には走行経路に沿って座標
位置が予め定められる複数の被検出体５０が配置され
る。車両計測手段６は、これらの被検出体５０を経路検
出手段４４で検出することによって車両１の現在位置を
求める。被検出体５０間の車両１の位置は、演算手段４
５で車輪の回転角度を積算演算することによって推測航
法によって行う。現在の車両１の方向は、車両計測手段
６に備えられるジャイロ４１によって求めてもよいが、
ジャイロにはドリフトによる誤差、たとえば１時間当た
り２０°程度の誤差が含まれるので、以下に述べるよう
に２つの被検出体５０ａ，５０ｂに基づいて車両の方向
の補正を行う。なおジャイロのドリフトによる誤差は、
第１の被検出体５０ａを検出した時刻ｔａと、第２の被
検出体５０ｂを検出した時刻ｔｂとの間の短時間ではド
リフト量は極めて小さいので、ジャイロ出力の時刻ｔａ
から時刻ｔｂ間の変化量の誤差は０とする。また車両１
の方向の補正とともに後述するように車輪の外径の補正
も行う。

【００７２】車体２にはたとえば前輪３の操舵軸線Ｊ１
を原点とする車体座標系が設定される。経路検出手段４
４の中心は車体座標系の原点に一致するように車体２の
下面に配置される。したがって経路検出手段４４が被検
出体２０上を通過するとき、経路検出手段５０の中心に
対する被検出体５０の２次元的な相対位置、すなわち車
体座標系における位置ベクトルを検出して出力する。

【００７３】演算手段１５は判別手段と、第１〜第４演
算手段とを含んで構成され、判別手段には、各被検出体
５０の座標位置が記憶され、複数の被検出体５０のうち
経路検出手段４４によって検出された被検出体５０がい
ずれの被検出体５０であるかを判別して座標位置を求め
る第１演算手段は走行経路に沿って無人走行車両１が走
行するとき、走行方向に互いに異なる位置の隣接する被
検出体５０である第１および第２の被検出体５０ａ，５
０ｂを検出した経路検出手段１４の検出出力に応答し、
第１および第２の被検出体５０ａ，５０ｂを検出した第
１および第２時刻ｔａ，ｔｂ間にわたるジャイロ４１に
よる検出出力に基づいて車両１の方向の変化量を算出す
る。

【００７４】第２演算手段は、第１および第２の被検出
体５０ａ，５０ｂを検出した経路検出手段４４の検出出
力に応答し、第１演算手段、回転角度検出手段４３、お
よび操舵角検出手段４２に基づいて第１および第２時刻
ｔａ，ｔｂ間の前輪３の直線走行距離を算出する。回転
角度検出手段４３は、たとえば前輪３が０．１゜回転す
る毎に１パルス出力する。したがって、回転角度検出手
段１３から出力される１パルス毎の車輪の移動量を操舵
角検出手段１２による操舵角に基づいてｘ成分とｙ成分
とに分解してそれぞれ積算することによって前輪３の直
線走行距離を算出する。したがって走行中に車両１の方
向が変わったとしても車輪の直線方向の移動量を算出す
ることができる。

【００７５】第３演算手段は、第１演算手段および第２
演算手段の出力に基づいて第１および第２時刻ｔａ，ｔ
ｂにおける車体２の方向および予め記憶される代表外径
Ｄｂと第１および第２時刻間の外径Ｄａとの比である補
正係数ｋを算出する。

【００７６】第４演算手段は第３演算手段によって算出
された補正係数ｋおよび車両１の方向に基づいて車両１
の現在位置を算出して出力する。

【００７７】また、無人走行車両１は、５０ｔ程度のコ
ンテナを積載するので各車輪３，４は空気入りのゴムタ
イヤが用いられるが、積載するコンテナの重量によって
５％程度車輪の外径が変化する。第１および第２時刻ｔ
ａ，ｔｂ間の前輪３の外径Ｄａは変化しないものとし、
予め代表とする前輪３の外径Ｄｂを設定し、この外径Ｄ
ｂと前記外径Ｄａとの比Ｄａ／Ｄｂを補正係数ｋとして
第３演算手段でこの補正係数ｋを求める。したがって外
径ＤａはＤａ＝ｋ・Ｄｂとして求めることができる。前
輪３の単位時間当たりの前輪３の回転角度（ｒａｄ）に
前輪３の代表外径Ｄｂを掛けた前輪３の代表の走行速度
を│ｖ│とすると、外径Ｄａに基づく第１および第２時
刻ｔａ，ｔｂ間の前輪３の実際の走行速度はｋ・│ｖ│
として算出することができる。前記第２演算手段では、
このようにして補正された走行速度を用いる。

【００７８】走行制御装置５の制御手段８は、補正され
た方向および車輪径を用いて車両計測手段６で算出され
た車両１の現在位置および方向に基づいて前輪および後
輪操舵駆動手段９，１０の駆動制御を行う。

【００７９】経路検出手段４４は、被検出体５０上を通
過するときに車体２に対する被検出体５０の位置を２次
元的に検出する。

【００８０】被検出体５０は共振コイルを備え、経路検
出手段４４は、交流電源と、交流電源からの交流電流が
送給される送信コイルと、送信コイルの内側に２次元的
に配設される複数個の検出コイルとを備える。経路検出
手段４４が被検出体５０上を通過するとき、交流電源か
ら送信コイルに送給される交流電流によって被検出体の
共振コイルに共振電流が流れる。送信コイルへの交流電
流送給停止後に前記複数個の検出コイルは前記共振コイ
ルから発生する磁界を検出し、複数の検出信号に基づい
て被検出体５０の車体に対する相対位置を検出する。

【００８１】送給コイルを流れる交流電流によって被検
出体の共振コイルに共振電流が流れ、この状態で交流電
流の送給を停止すると、共振コイルからの磁界が複数個
の検出コイルに作用し、これらの検出コイルに誘導電流
（誘導電圧）が生じる。検出コイルに発生する誘導電流
（誘導電圧）は、共振コイルに近いほど大きく、これか
ら離れるに従って小さくなる。したがって、２次元的に
配設された複数個の検出コイルに生じる誘導電流（誘導
電圧）に基づいて被検出体５０の車体２に対する相対的
な２次元位置を測定することができる。

【００８２】前述したように本発明では、車両の位置を
求めるのに走行経路Ｃに沿って配置された座標位置が予
め定められた被検出体５０に基づいて求めたが、このよ
うな構成に限らず、たとえばＧＰＳ（Global Positioni
ng System）を用いて求めてもよい。

【００８３】また目標位置は、本実施形態では車両経路
位置から予め定める目標決定距離Ｗ前方の走行経路Ｃ上
の位置を経路の方程式から演算によって求めたが、本発
明の他の実施形態として、車両経路位置から予め定める
距離Ｗ前方の位置近傍の被検出体５０の座標位置を目標
位置として各操舵駆動手段９，１０の制御を行うように
してもよい。

【００８４】また本実施形態では、前記目標決定距離Ｗ
は一定としたが、本発明のさらに他の実施形態として車
両の走行速度に応じて目標決定距離が長くなるように制
御してもよい。すなわち、車両の走行速度をＶとし、目
標決定距離をＷａとしたとき、 Ｗａ ＝ ｋ・Ｖ ｋ ＞ ０ となるような目標決定距離Ｗａに基づいて目標位置算出
手段で目標位置を算出する。このように車両の走行速度
が増加するにつれて目標決定距離Ｗａを長くすることに
よって、急ハンドルを切ると言ったことが防がれ、これ
によって車輪の滑り角が大きくなることを防ぐことがで
きる。

【００８５】本発明では、車両計測手段６による推測航
法によって現在位置を求めるが、推測航法では車輪の回
転角度を積算演算することによって車両の現在位置を算
出するため、車輪の滑り角が演算によって求める車両の
現在位置に大きく影響を与える。このような車輪の滑り
角は特に急ハンドルなど操舵角の急変時に生じる。本発
明では、車両の現在位置に対して予め定める距離前方の
目標位置、および目標位置での目標車両方向に基づいて
車両が目標位置で目標車両方向となるように操舵角制御
を行うので、走行経路への追従性が向上し、急ハンドル
による車輪の滑り角の増大を防ぎ、推測航法による現在
位置の推測誤差を可及的に低減することができる。

【００８６】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、現在位
置から予め定める距離前方の走行経路上の目標位置およ
び目標位置での取るべき目標車両方向を目標位置算出手
段で算出し、車両が前記目標位置に、目標車両方向で到
達するように前輪および後輪操舵駆動手段を制御するの
で、走行経路への車両の追従性が向上される。また車両
の走行速度に応じて予め定める目標決定距離を増加させ
るので、車両の走行速度が速くなっても急ハンドルを防
ぐことができる。

【００８７】

【００８８】

【００８９】

【００９０】

【００９１】請求項２記載の本発明によれば、被検出体
間走行中に車両の方向が変化したとしても正確に車両の
方向を算出することができる。

【００９２】請求項３記載の本発明によれば、現在位置
から予め定める距離前方の目標位置に、この目標位置で
の車両の取るべき目標車両方向で到達するように車両の
前後輪操舵駆動制御を行うので、走行経路への追従性が
向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である車両の走行制御装
置５を備える無人走行車両１の構成を簡略化して示すブ
ロック図である。

【図２】車両１が斜行するときの状態を示す図である。

【図３】制御手段８の制御方法を示すフローチャートで
ある。

【図４】制御手段８で現在位置を算出する方法を示すフ
ローチャートである。

【図５】車両位置に最も近い走行経路が２つ選ばれたと
きの状態を示す図である。

【図６】操舵角演算手段の演算で用いる各記号の意味を
説明するための車両１の図である。

【図７】車両計測手段６の構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ 無人走行車両 ２ 車体 ３ 前輪 ４ 後輪 ５ 走行制御装置 ６ 車両計測手段 ７ 位置／方向導出手段 ８ 制御手段 ９ 前輪操舵駆動手段 １０ 後輪操舵駆動手段 １５，１６ シャフト

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め定められる２次元座標系上の予め定
   める走行経路に沿って走行する車両に搭載される車両の
   走行制御装置において、 車両に備えられる前輪および後輪をそれぞれ個別に操舵
   する操舵駆動手段と、 前記座標系における現在の車両の位置および方向を計測
   する車両計測手段と、 前記予め定める走行経路、および走行経路上の指定され
   た位置での車両の取るべき目標車両方向を導出する位置
   ／方向導出手段と、 車両計測手段および位置／方向導出手段に基づいて、現
   在位置に対応した走行経路上の車両経路位置から走行経
   路に沿った予め定める目標決定距離前方の目標位置、お
   よび目標位置での目標車両方向を算出する目標位置算出
   手段と、 前記目標位置算出手段に基づき、途中で操舵角を変化さ
   せなくとも車両が目標位置に目標車両方向で到達するた
   めの前輪および後輪の各操舵角を算出する操舵角算出手
   段とを備え、 前記目標決定距離は、車両の走行速度が増加するにつれ
   て長くなり、各操舵駆動手段は操舵角算出手段の演算結
   果に基づいてそれぞれ操舵駆動制御されることを特徴と
   する車両の走行制御装置。
2. 【請求項２】 前記２次元座標系上での座標位置が予め
   定められる複数の被検出体が走行経路に沿って配置さ
   れ、 前記車両計測手段は、 車両の方向を検出するジャイロと、 車両が被検出体近傍を通過するとき車両に対する被検出
   体の相対位置を検出する経路検出手段と、 経路検出手段の検出出力に応答して被検出体を判別し、
   座標位置を求める判別手段と、 前輪および後輪の各車輪のうち少なくともいずれか１つ
   の車輪の操舵角を検出する操舵角検出手段と、 前記車輪の軸線まわりの回転角度を検出する回転角度検
   出手段と、 前記複数の被検出体のうちの走行方向に異なった第１お
   よび第２の被検出体を検出した経路検出手段の検出出力
   に応答し、第１および第２の被検出体を検出した第１お
   よび第２時刻間にわたるジャイロの検出出力に基づいて
   車両の方向の変位量を算出する第１演算手段と、 第１および第２の被検出体を検出した経路検出手段の検
   出出力に応答し、第１演算手段、判別手段、回転角度検
   出手段および操舵角検出手段に基づいて前記第１および
   第２時刻間の前記車輪の直線走行距離を算出する第２演
   算手段と、 第１演算手段および第２演算手段の出力に基づいて第１
   および第２時刻における車両の方向を算出する第３演算
   手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の車両の
   走行制御装置。
3. 【請求項３】 予め定める２次元座標系上の予め定める
   走行経路に沿って走行する車両において、 車体と、 車体に備えられる前輪および後輪と、 前記前輪および後輪をそれぞれ個別に操舵する操舵駆動
   手段と、 前記座標系における現在の車両の位置および方向を計測
   する車両計測手段と、 前記予め定める走行経路、および走行経路上の指定され
   た位置での車両の取るべき目標車両方向を導出する位置
   ／方向導出手段と、 車両計測手段および位置／方向導出手段に基づいて、現
   在位置に対応した走行経路上の位置から走行経路に沿っ
   た予め定める目標決定距離前方の目標位置、および目標
   位置での車両の取るべき目標車両方向を算出する目標位
   置算出手段と、 目標位置算出手段に基づき、途中で操舵角を変化させな
   くとも車両が前記目標位置に目標車両方向で到達するた
   めの前輪および後輪の各操舵角を算出する操舵角算出手
   段とを備え、 前記目標決定距離は、車両の走行速度が増加するにつれ
   て長くなり、各操舵駆動手段は前記操舵角算出手段の演
   算結果に基づいてそれぞれ操舵駆動制御されることを特
   徴とする車両。