JP3363869B2 - 前後に連続して走行する車両の左右方向制御のための測定・制御システム及び方法 - Google Patents
前後に連続して走行する車両の左右方向制御のための測定・制御システム及び方法Info
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Description
を左右に制御するための測定・制御システム及び方法に
関する。
連続して走行する車両のうちの後続車両の速度を制御す
るための車両速度制御システムが開示されている。この
システムの制御装置は車両間隔と相対速度に応じてトラ
ンスミッションとスロットルバルブ調整用の制御信号を
生成して、被制御車両とその前方走行車両との車間距離
を速度に応じて調整する。さらに、被制御車両の最新の
ステアリング・アングルを測定するためのステアリング
・アングル・センサを装備している。ステアリング・ア
ングルは道路の曲がり具合を決定する際に考慮される
が、積極的、自動的にステアリング・アングルに介入を
行なう機能は備えていない。
許DE 44 07 082 A1では開示されていない。
前方走行車両に対応して、車両の左右方向の位置を調整
する方法が知られている。現時点の車両速度を考慮しな
がら左右方向の偏差に基づいて、ステアリング・アング
ルを調整して相対的な車両位置を修正する。道路に設置
されたガイドにより、前方走行車両の左右方向の位置を
確認し、それを後続車両に伝え、ここでステアリング・
アングル修正を行なって側方間隔が修正される。後続車
両の左右方向の位置は測定しない。
向位置を調整するために、前方走行車両と後続車両との
間で継続的にデータ交換を行う必要があることであり、
このためにシステム・コンポーネントと情報処理のコス
トが高くなる。先行車両の左右方向位置を決定する装置
に故障が発生すると、後続車両の左右方向の修正も必然
的に不可能になる。
でより安全に、先行車両に続く車両の左右方向の修正を
自動的に行なうという課題を解決するものである。
ステムでは、基本的には、カーブ走行時に、後続車両の
縦軸と、前後の車両を結ぶ直線との間にできるシャフト
角度のみを基準にしているが、目的に合わせて、後続車
両の車両速度、及び、目的に合わせて先行車両と後続車
両との間の車間距離も基準とする。しかし、前後の車両
間で通信を行なうための装置を必要とせず、車両ガイド
用の建造物を道路上又は道路の端に設置する必要もな
い。このようにシステムや方法が単純になることによ
り、コストの削減、及び走行安全性の大幅な改善が実現
し、多様な走行条件及び車両モデルに柔軟に対応させる
ことが可能になる。
と、後続車両のフロント車軸と先行車両の最後尾の車軸
を結ぶ線との間にできる角度とする。
ーブ走行時に先行車両と後続車両の双方の最後尾の車軸
が同じ軌跡をたどることが可能になる。特に、トレーラ
付車両やセミトレーラ付トラック・トラクタなどの車両
が後続する場合、この方法で左右方向制御を行なうこと
により、後続車両の最後尾の車軸がカーブからはみ出る
ことを防止できる。カーブはみ出しにより起こりうる損
傷や危険が止されるため、後続車両に運動空間を追加す
る必要もなくなる。
より、先行車両の車両縦方向に対する後続車両の側方間
隔を、簡単かつ迅速に調整することができる。
は、その他の特許請求項、図面の説明、及び図に示され
ている。
て説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲が、本
実施の形態に限定されるものではない。
を調整するための測定・制御システムを備えた車両を示
す図である。図1に示された車両1では、測定・制御シ
ステム2が、制御装置3、測定装置25、ハイドロリッ
ク・ユニット6、ステアリング・アクチュエータ7を備
えており、必要に応じて制御装置3により同様に作動す
ることができる別のアクチュエータ、特にホイール・ブ
レーキ操作用アクチュエータを備えることもできる。測
定・制御システム2は、割り当てられた測定装置25で
測定した測定信号、算出した車両状態及び測定値に応じ
て制御信号を生成してアクチュエータを作動し、車両コ
ンポーネントを希望する値に調整する。測定装置25
は、検知装置4、距離認識装置5、測定センサ8を備え
ている。制御装置3は、制御信号を生成して、ハイドロ
リック・ユニット6を作動することができ、これによ
り、フロント・ホイール・ステアリング用のステアリン
グ・アクチュエータ7が調整可能である。
を制御する代わりに、ステアリング・コラムにトルク・
モータを直接的に使用することもできる。
置5で生成される測定信号、測定値と状態値、特に、ス
テアリング・アングル及びステアリング・アングルによ
り算出された値を処理する。ステアリング・アングル
は、ステアリングの最新の状態を表し、測定センサ8で
検知される。検知装置4においては、目的に合わせて、
車両特有の状態値が算出されるが、それは、特に車両速
度、及び、場合によっては道路勾配、路面と車両との摩
擦など、及び車両特有のパラメータ、特に幾何学的な値
が処理される。距離認識装置5は、ビデオを基本とした
画像処理システムとして構成されることが好ましく、こ
れにより、当該車両とその先行走行車両との間の距離、
及び側方距離、及び図示された車両の縦軸と当該車両の
フロント車軸と先行車両のリア車軸を結ぶ線との間にで
きるシャフト角度を測定できる。
定センサ8の信号は、制御装置3への入力信号として送
られる。制御装置3では、認識装置5からの測定信号、
及び検知装置4からの測定値、状態値、車両パラメータ
に基づいて、記憶された計算式及び記憶された特性マッ
プに従ってステアリング・アングル制御信号を生成し、
これをハイドロリック・ユニット6に送信する。する
と、ハイドロリック・ユニット6は算出されたホイール
・ステアリングの調整値に基づいてステアリング・アク
チュエータ7を作動する。
後続車両とを上から見た図である。
定・制御システム2の補助により前方走行車両10の後
を後続車両として走行している。車両1は、簡略化して
1本の軌跡の車両モデルとして示されており、各車軸の
左右のホイールも一つのホイールとしてまとめて示して
ある。後続車両1は付随車を牽引した車両で、フロント
車軸12とリア車軸13を有する牽引車11と、セミト
レーラ・リア車軸15を有するセミトレーラ14から構
成されている。牽引車11とセミトレーラ14は、連結
点16で相互に連結されている。連結点16でセミトレ
ーラ14は、牽引車11に対して振れることがあり、セ
ミトレーラ14が振れた状態で、牽引車11の縦軸17
とセミトレーラ14の縦軸18は折れ曲がり角度κを作
る。牽引車11のフロント車軸12とリア車軸13との
距離はlz、フロント車軸12と連結点16との距離は
lkz、最後尾のセミトレーラ・車軸15と連結点16と
の距離はlkaで表される。
車軸20からなる2軸の車両である。図2で、先行車両
10はカーブに進入した状態、又はすでにカーブを通過
した状態にあり、後続車両1は測定・制御システムの信
号に従って先行車両10の後を追っている。カーブの状
況に基づいて、後続車両1の牽引車11の縦軸17は、
後続車両のフロント車軸と先行車両の最後尾の車軸の間
を結ぶラインとの間にシャフト角度μを形成する。先行
車両10のリア車軸20と後続車両1のフロント車軸と
の間の距離は、車間距離dとして示されている。
ングルδは自動調整されるため、後続車両1は先行車両
10と同じ軌跡を走行することができる。このため先行
車両10のリア車軸20と、後続車両1の最後尾のセミ
トレーラ・車軸15は中心点M、半径Rの同じ円を描
く。
離-左右方向を制御するためのフローチャートである。
最初の処理ステップ22では、まず左右方向の制御に必
要な状態値と走行値が測定及び/又は計算で算出され
る。これには車間距離d、シャフト角度μ、後続車両の
車両速度v、場合によっては時間差Δt及びそれに対応す
るシャフト角度の増分Δμが含まれるが、これらの値か
らシャフト角度の角速度、少なくともその近似値を決定
することができる。例えば、車両速度vdは、検知装置
4によって測定され、シャフト角度μ、車間距離d、時
間差Δt及びそれに対応するシャフト角度の増分Δμ
は、距離認識装置5によって求められる。
ップ23では、前のステップ22で算出した走行値と状
態値から、後続車両の幾何学的パラメータに基づいてシ
ャフト角度-幾何学項Vμ、折れ曲がり角度-幾何学項V
κ、幾何学項Kδが算出される。ここで項VμとVκは
速度項Vνに従属している。これらの項は記憶された計
算式に従って関数fktの処理に代入される。関数fk
tは車両速度v、車間距離d、シャフト角度μを変数と
して含んでいる。なお、処理ステップ23及び24は、
制御装置3によって実行される。制御装置3は、以下に
説明する計算式を記憶するメモリ、及びその計算式に従
って計算を実行するCPU(中央演算処理装置)などを
含む。
以下の式から算出される。
ラジエント)を表しており、これはシステムにパラメー
タとして記憶される。
行する場合、速度項Vvの計算は省略されることがあ
る。この場合、速度項VvはVv=1という値になる。
と後続車両の間の距離d、シャフト角度μ、後続車両の
3つの幾何学的等価値l1、l2、l3の関数として、以
下の式から算出される。
ある。
トレーラやセミトレーラを牽引しない単独の車両であっ
て、車両の縦方向に折れ曲がり角度ができない車両(以
下、無関節車両という)なのか、あるいは牽引車とトレ
ーラ又はセミトレーラを含む複数の車体から構成される
車両であって折れ曲がり角度を考慮する必要がある車両
(以下、有関節車両という)なのかにより異なる。
何学的等価値11は、牽引車のフロント車軸と、トレー
ラ又はセミトレーラの連結点との間の距離lkzに対応
し、第二の幾何学的等価値l2は、連結点とトレーラ又
はセミトレーラの最後尾の車軸との間の距離lkaに対応
し、第三の幾何学的等価値l3は、第一と第二の幾何学
的等価値の和となる。
度-幾何学項Vκが適用される。Vκは、距離dと補助
変数RQとRHの関数として、以下の式により算出され
る。
二の幾何学項Kδは以下の式により車両固有の幾何学的
パラメータのみから算出される。
間距離dと後続車両の速度vの関数として、以下の式に
より算出することができる。
を求める際に考慮される。この信号Uは、図3の最後の
処理ステップ24で、シャフト角度μ及び算出したシャ
フト角度μの角速度Δμ/Δtの近似値の関数として、
以下の式により算出される。
と、後続車両の速度に応じて変化する場合がある。場合
によっては速度は無関係となり、速度項Vvが無視でき
ることがある。この場合シャフト角度-幾何学項Vμと
折れ曲がり角度-幾何学項Vκは単純になる。
がゼロの場合は、 U=fkt×kR1×μ となり、制御値パラメータkR1を関数fktに組み込
み、fktを乗数とみなすと、 U=fkt×μ と表すことができる。即ち、制御信号Uは、シャフト角
度μの関数として表される。
ング・アクチュエータは調整される。処理ステップ22
から24は周期的に実行されるため、後続車両のカーブ
走行軌跡を先行車両のカーブ走行軌跡に合わせる機能は
連続的に常時機能する。
場合、制御信号Uの計算は簡単になる。無関節車両であ
る後続車両の場合、第一の幾何学的等価値11及び第三
の幾何学的等価値l3は後続車両の車軸間距離lzと同一
になり、第二の幾何学的等価値l2はゼロになるため、
シャフト角度-幾何学項Vμは以下の式で表すことがで
きる。
る。これにより、関数fktの計算式は以下のように簡
単になる。
る。
車両)の場合、ステアリング・アングル制御信号Uは同
様に関数fktとシャフト角度μ及び、場合によっては
シャフト角度の角速度Δμ/Δtの関数として算出され
る。
Hの式は以下のように線形化できる。
フト角度-幾何学項Vμと折れ曲がり角度-幾何学項Vκ
の式は以下のようにシャフト角度μと無関係に表すこと
ができる。
d)2)−1 適宜、必要に応じて後続車両の走行軌跡を修正できるよ
う、場合によっては測定・制御システム又はこの方法
を、後続車両用の軌跡ガイドシステム(例:画像検知シ
ステム、車道に設置した配線による軌跡ガイドなど)と
組み合わせることができる。これにより、先行車両が不
具合な、又は危険な走行軌跡を走行していても、後続車
両が危険な状況に陥ることが回避できる。また、軌跡ガ
イドの精度をさらに高めることも可能である。
後続車両は、後続車両の縦軸と、前後の車両を結ぶ直線
との間にできるシャフト角度を測定し、それに基づい
て、自身の左右方向の位置制御を行う測定・制御システ
ムが提供される。これにより、走行安全性が大幅に改善
されるとともに、前後の車両間での通信を行う必要もな
く、また、道路上に車両ガイドを設ける必要もなくなる
ので、コストの削減に寄与する。
めの測定・制御システムを備えた車両の図である。
から見た図である。
側方の距離を制御するための基本的な処理ステップを表
したフローチャートである。
Claims (15)
- 【請求項1】後続車両とその前を走行する先行車両との
車間距離を測定するための測定装置と、 前記測定装置の測定信号に基づいて、前記後続車両の車
両部品の調整のために使用される制御信号を生成する制
御装置とを備え、 前記測定装置において、追加の測定信号として、カーブ
走行時、又は前記先行車両と前記後続車両との間に側方
偏差が発生した場合に、後続車両の縦軸と、先行車両と
後続車両との間を結ぶ線との間にできる角度である前記
後続車両と前記先行車両との間のシャフト角度が求めら
れ、 前記制御装置において、前記後続車両の左右方向の位置
調整のための前記制御信号としてステアリング信号が生
成され、 前記ステアリング信号をU、乗数をfkt、前記シャフ
ト角度をμとすると、前記ステアリング信号は、前記シ
ャフト角度に依存する式 U=fkt×μ によって表されることを特徴とする車両用の測定・制御
システム。 - 【請求項2】請求項1において、 前記乗数は、前記先行車両と前記後続車両との車間距離
dの関数、 fkt=fkt(d) であることを特徴とする測定・制御システム。 - 【請求項3】請求項1又は2において、 前記車間距離dが、前記後続車両のフロント車軸と、前
記先行車両のリア車軸との間の距離を表すことを特徴と
する測定・制御システム。 - 【請求項4】請求項1乃至3のいずれかにおいて、 前記関数fktは、前記後続車両の前記シャフト角度μ
の関数であることを特徴とする測定・制御システム。 - 【請求項5】請求項2乃至4のいずれかにおいて、 前記関数fktは、式 fkt=Vμ/(1−Kδ×Vκ) で表現され、 Vμは、前記先行車両までの前記車間距離dと前記シャ
フト角度μと、場合によっては、前記後続車両の車両速
度vに従属するシャフト角度-幾何学項を表し、 Vκは、前記先行車両までの前記車間距離dと前記シャ
フト角度(μ)と、場合によっては、前記後続車両の車
両速度vに従属する折れ曲がり角度-幾何学項を表し、 Vδは、前記後続車両の車両幾何学的状態を記述するパ
ラメータに従属する幾何学項を表すことを特徴とする測
定・制御システム。 - 【請求項6】請求項5において、 前記シャフト角度-幾何学項Vμが式 Vμ=2×l3×d×Vv/RQ 2 Vv=1+EG+v2 RQ 2=RH 2+l2 2+2×l2×RH RH=(d2+l1 2+2×d×11×cos(μ))1/2 により表され、前記式において、 Vvは、前記後続車両の車両速度vに従属する速度項を
表し、 EGは、車両ごとに異なる特有のステアリンググラジエ
ントを表し、 vは、前記後続車両の速度を表し、 RQは、第一の補助変数を表し、 RHは、第二の補助変数を表し、 l1、l2、l3は、前記後続車両の幾何学等価値を表す
ことを特徴とする測定・制御システム。 - 【請求項7】請求項6において、 前記折れ曲がり角度-幾何学項Vκは式 Vκ=(2×l3+RH×Vv/RQ 2)−1 で表されることを特徴とする測定・制御システム。
- 【請求項8】請求項6又は7において、 前記後続車両が、トレーラやセミトレーラを有さない単
一車体車両である場合に、 第一の幾何学等価値l1が、前記後続車両1の車軸間車
軸間距離離lzと同一であり、第二の幾何学等価値l2が
ゼロであり、第三の幾何学等価値l3が、前記後続車両
の車軸間距離lzと同一であり、 前記幾何学項Kδは、ゼロであることを特徴とする車両
用の測定・制御システム。 - 【請求項9】請求項6又は7において、 前記後続車両が、牽引車とトレーラやセミトレーラから
構成される多車体車両である場合に、 第一の幾何学等価値11が、前記牽引車のフロント車軸
と、前記牽引車と前記トレーラやセミトレーラとの連結
点との距離lkzと同一であり、第二の幾何学等価値l2
が、前記連結点と前記トレーラやセミトレーラの最後尾
の車軸との距離lkaと同一であり、第三の幾何学等価値
l3が、第一と第二の幾何学等価値11、l2の和と同一
であり、 前記幾何学項Kδが式 Kδ=(lkz+lka−lz)/lz で表されることを特徴とする測定・制御システム。 - 【請求項10】請求項6乃至9のいずれかにおいて、 前記シャフト角度μが小さい場合、前記シャフト角度-
幾何学項Vμが、以下の線形化された式 Vμ=2×l3×d×Vv/(l1+l2+d)2 で表わされることを特徴とする測定・制御システム。 - 【請求項11】請求項6乃至10のいずれかにおいて、 前記シャフト角度μが小さい場合は、前記折れ曲がり角
度-幾何学項Vκが、 以下の線形化された式 Vκ=(2×l3×(l1+d)×Vv/(l1+l2+d)2)−1 で表されることを特徴とする測定・制御システム。 - 【請求項12】請求項1乃至11のいずれかにおいて、 前記ステアリング信号Uを決定する際に、制御装置パラ
メータkR1が式 U=fkt×kR1×μ に従って考慮されることを特徴とする測定・制御システ
ム。 - 【請求項13】請求項12のいずれかにおいて、 前記ステアリング信号Uを決定する際に、シャフト角度
の角速度(Δμ/Δt)が式 U=fkt×(kR1×μ+kR2×Δμ/Δt) に従って考慮され、前記式において、kR2は前記シャフ
ト角度の角速度に割り当てられた制御装置パラメータを
表すことを特徴とする測定・制御システム。 - 【請求項14】請求項13において、 前記制御装置パラメータkR1、kR2の少なくとも1つ
が、前記後続車両の車両速度vに従属することを特徴と
する測定・制御システム。 - 【請求項15】請求項1乃至14のいずれかの一つの測
定・制御システムにより、後続車両と先行車両との間の
車間距離を調整する方法において、 前記後続車両と前記先行車両との車間距離、 前記先行車両と前記後続車両の側方の偏差が生じた場合
や、カーブ走行時に、前記後続車両の縦軸と、前記後続
車両と前記先行車両を結ぶ線との間に生まれるシャフト
角度、及び前記後続車両の車両速度の測定と決定を行な
うステップと、 前記シャフト角度、前記車間距離及び、場合によっては
前記車両速度に応じて、前記後続車両の左右方向の位置
調整のためのステアリング信号を決定するステップとを
備えることを特徴とする方法。
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