JP3557834B2 - Vehicle absolute position calculation method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の絶対位置を演算する車両の絶対位置演算方法に関し、特に、車両の自動追従制御に用いて好適の、車両の絶対位置演算方法,車両の絶対位置演算装置及び車両の追従制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、貨物自動車による輸送の合理化や交通事故の減少等を図るため、高速道路等を利用した自動追従走行システムの開発が進められている。この自動追従走行システムとは、ドライバにより運転される先導車に無人(あるいは、有人)の追従車を自動追従走行させるもので、これによりドライバの人数を削減できるとともに、居眠り運転等に起因する追突事故等を未然に防ぐことが可能となる。
【0003】
このような自動追従走行システムとしては、車両追従方式,軌跡追従方式,運転情報通信方式等の種々の方式のものが提案されている。
このうち、軌跡追従方式の自動追従走行システムでは、追従車が、相対位置センサ等により先導車の位置を計測し、更にこの位置を自車両の移動に伴って並進変換及び回転変換した後、車両座標系での先導車の走行軌跡を求め、ずれ角が0になるように操舵量を制御するようになっている。
【0004】
例えば、このような自動追従走行システムでは、図5に示すように、先導車100は、コントローラ(ECU)102,ヨーレートセンサ103,車速センサ104,通信機105及び通信用アンテナ106を備えて構成される。
この先導車100は、コントローラ102によりヨーレートセンサ103及び車速センサ104からの検出情報に基づいて自車両の走行軌跡を演算するようになっている。
【0005】
そして、コントローラ102により演算された走行軌跡情報は、通信機105,通信用アンテナ106を介して追従車101に送信されるようになっている。
一方、追従車101も、コントローラ(ECU)107,ヨーレートセンサ108,車速センサ109,通信機111及び通信用アンテナ110を備えており、コントローラ107によりヨーレートセンサ108及び車速センサ109からの検出情報に基づいて自車両(追従車)の走行軌跡を演算するようになっている。
【0006】
そして、コントローラ107は、自車両(追従車)の走行軌跡情報と通信用アンテナ110,通信機111を介して受信された先導車の走行軌跡情報とを比較し、これらが一致するようにステアリング制御及び車速制御を行なうようになっており、このようにして、追従車101を先導車100に追従させるようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の自動追従走行システムでは、ヨーレートセンサ103及び車速センサ104からの検出情報に基づいて演算された走行軌跡に基づいて、追従車101を先導車100に追従走行させるようにしているため、演算処理精度や制御精度に応じて所定の追従誤差が発生してしまうことになる。
【0008】
このため、追従車の追従精度を向上させ、多数台の追従車を自動追従走行させる際の横方向偏差の誤差の累積がなくなるようにしたものとして、例えば特開平8−282326号公報に開示された技術がある。
この技術では、先導車が送信手段によって少なくとも自車両の横方向位置を含む走行軌跡情報を送信する一方、追従車が受信手段によって先導車から送信された走行軌跡情報を受信し、この受信した走行軌跡情報に基づいて運転制御量決定手段によって自車両の操舵量を含む運転制御量を決定するようにしている。
【0009】
しかし、この技術では、まず最初に、先導車と追従車とを平坦で真直な場所で縦に整列させ、センタライン等の基準線に対する横方向距離を同一にして車両の向きを一致させておく必要があるが、この場合、正確に整列させることは困難であり、多少の誤差が生じるのは避けられない。
また、車両の軌跡を演算するための座標は、各車両毎に設定されているため、先導車と追従車との間で発進時に向きのズレがあると、先導車と追従車とで座標の絶対的な向きが異なってしまう。
【0010】
この場合、たとえ先導車の走行軌跡情報に基づいて追従車の操舵量等を制御し、追従車の走行軌跡が先導車の走行軌跡と同一になるようにしたとしても、実際の追従車の走行軌跡は先導車の走行軌跡とは一致せず、先導車の走行軌跡と追従車の走行軌跡との間の誤差が徐々に大きくなることになる。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、車両の追従制御を行なう場合に車両整列時の車両の向きに微小差があったとしても、また、演算処理精度や制御精度に応じて所定の追従誤差が生じたとしても、高精度の車両追従制御を行なえるようにするようにした、車両の絶対位置演算方法,車両の絶対位置演算装置及び車両の追従制御システムを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1記載の本発明の車両の絶対位置演算方法は、衛星航法システムを利用して車両発進前に計測された車両の絶対位置情報と上記衛星航法システムを利用して車両発進直後に計測された該車両の絶対位置情報とから車両発進前後における車両進行方向を計算する第1のステップと、上記車両発進直後に該車両に発生したヨー角を計測する第2のステップと、上記車両進行方向と上記ヨー角とから発進前の該車両の向きを計算する第3のステップと、上記発進前の絶対位置と上記発進前の該車両の向きとを初期値として、車速と該ヨー角とから該車両の予想位置を演算する第4のステップと、を有することを特徴としている。
【0012】
請求項2記載の本発明の車両の絶対位置演算方法は、請求項1記載の方法において、該衛星航法システムを利用して計測される該車両の絶対位置情報に基づいて、上記第4のステップで演算された車両の予想位置を補正する第5のステップをそなえ、上記の補正後は、補正時の車両予想位置とその後の車速とヨー角とから車両の予想位置を演算することを特徴としている。
請求項3記載の本発明の車両の絶対位置演算装置は、請求項1又は2記載の車両の絶対位置演算方法を構成する各ステップによる処理を実行するように構成されることを特徴としている。
請求項4記載の本発明の車両の追従制御システムは、先導車に対して追従車を追従させる車両の追従制御システムであって、衛星航法システムを利用して前記追従車の発進前に計測された絶対位置情報と、前記衛星航法システムを利用して前記追従車の発進直後に計測された絶対位置情報とから前記追従車の発進前後における車両進行方向を計算し、前記追従車の発進直後に前記追従車に発生したヨー角を計算し、前記車両進行方向と前記ヨー角とから発進前の前記追従車の向きを計算し、前記追従車の発進前の絶対位置情報と前記追従車の発進前の向きとを初期値として、その後の前記追従車の車速及びヨー角から前記追従車の予想位置を演算し、前記予想位置を用いて前記追従車の追従制御を行なうように構成されることを特徴としている。
請求項5記載の本発明の車両の追従制御システムは、請求項4記載のシステムにおいて、前記衛星航法システムのデータが変化したと判定した場合は、前記衛星航法システムのデータによって前記追従車の絶対座標における予想位置を補正するように構成されることを特徴としている。
【0013】
【発明の実施形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明すると、図1〜図4は本発明の一実施形態にかかる車両の絶対位置演算方法,車両の絶対位置演算装置及び車両の追従制御システムを説明するための図である。本実施形態にかかる車両の絶対位置演算方法は、車両の追従制御システムにおいて用いられるため、まず車両の追従制御システムについて説明する。
【0014】
この車両の追従制御システムは、高速道路などの走行路10上で、1台の先導車11に、複数台の追従車31が追従走行するように制御するものである。
このうち、先導車11には、図1に示すように、ドライバ12が搭乗しており、走行路10の屈曲等の外部環境や制限速度等に応じて、ステアリング13,エンジン14,トランスミッション(T/M)15,ブレーキ16等の操作が行なわれる。そして、ステアリング13,エンジン14,トランスミッション15,ブレーキ16等の制御情報は、後述する通信ECU20に送信されるようになっている。
【0015】
また、この先導車11にはECU19が備えられており、このECU19では、走行速度を検出する車速センサ17及びヨー角速度を検出するヨーレートセンサ18からの検出情報に基づいて自車両の走行軌跡が演算されるようになっている。また、この自車両(先導車11)の走行軌跡も、通信ECU20に送信されるようになっている。
【0016】
また、先導車11には、衛星航法システム用アンテナ(以下、GPSアンテナという)24及び衛星航法システム用受信機(以下、GPS受信機という)25が備えられており、これらのGPSアンテナ24及びGPS受信機25により、人工衛星50からの絶対位置情報(絶対座標データ,GPSデータ)を受信できるようになっている。そして、GPS受信機25により検出された絶対位置情報も、通信ECU20に送信されるようになっている。
【0017】
なお、衛星航法システムは、より精度の高い絶対位置情報を得られるようにすべく、人工衛星50からの絶対位置情報のほか緯度及び経度の明確な基地局51からの情報も受信する高精度衛星航法システム(高精度GPS)としている。
通信ECU20は、受信あるいは送信に関する情報を管理するものである。この通信ECU20は、ECU19からの自車両の走行軌跡情報、GPS受信機25からの絶対位置情報及びステアリング13,エンジン14,トランスミッション15,ブレーキ16等の制御情報を受信し、これらの情報を、前後間通信機21を介して、直後の追従車31に送信するようになっている。なお、この通信ECU20は、前後間通信機21を介して直後の追従車31の制御情報も受信するようになっている。
【0018】
また、先導車11の運転席の近傍には表示パネル22が設けられており、通信ECU20から前後間通信機21を介して直後の追従車31に送信された情報を表示するようになっており、これにより、ドライバ12が通信ECU20から前後間通信機21を介して直後の追従車31に送信された情報を知ることができるようになっている。なお、図1中、23は、追従車31に設けられた車間距離センサ39からの光線を反射させるリフレクタである。
【0019】
一方、追従車31には、オート又はマニュアルに切り換える運転モード切換スイッチ42が設けられており、運転モードがオートモードの場合には、ドライバの代わりに制御ECU32により、ステアリング33,エンジン34,トランスミッション35,ブレーキ36等の操作が行なわれるようになっている。なお、運転モード切換スイッチ42をマニュアルモードに切り換えると、先導車11と同様に、ドライバによる運転が可能となる。
【0020】
このため、追従車31には制御ECU32が備えられており、この制御ECU32に、自車両の走行速度を検出する車速センサ37、ヨー角速度を検出するヨーレートセンサ38及び先導車11との車間距離を測定する車間距離センサ39からの検出情報が送信されるようになっている。
また、追従車31には受信あるいは送信に関する情報を管理する通信ECU40が備えられており、この通信ECU40は、前後間通信機41aから送信された先導車11の走行軌跡情報及び絶対位置情報情報を受信し、制御ECU32に送信するようになっている。また、この通信ECU40は、制御ECU32による制御情報を受信し、前後間通信機41aを介して、直前の先導車11の前後間通信機21に送信するようになっている。
【0021】
なお、この通信ECU40は、直後の追従車との間で通信を行なう前後間通信機41bにも接続されており、この前後間通信機41bを介して、各種の情報を直後の追従車に送信するようになっている。
また、追従車31には、GPSアンテナ44及びGPS受信機45が備えられており、これらのGPSアンテナ44及びGPS受信機45により、人工衛星50からの絶対位置情報(絶対座標データ)のほか基地局51からの情報も受信できるようになっている。そして、GPS受信機45により受信された絶対位置情報が、制御ECU32に送信されるようになっている。
【0022】
なお、この人工衛星50からの絶対位置情報が、トンネル内等により受信できない場合には、制御ECU32が受信する絶対位置情報も変化しないようになっている。そして、トンネル内等の絶対位置情報を受信できない場所であるか否かを、絶対位置情報が変化したか否かにより判断するようになっている。
そして、この制御ECU32によって、車間距離センサ39からの検出情報に基づいて先導車11と追従車31との実車間距離を予め車速等に応じた安全車間距離となるように、エンジン34の出力制御やブレーキ36の操作制御が行なわれ、追従車31の前後方向(縦方向)への動きが制御されるようになっている。
【0023】
一方、追従車31の左右方向(横方向)への動きは、車速センサ37及びヨーレートセンサ38からの検出情報に基づいて、先導車11の走行軌跡と追従車31の移動位置とのずれを求め、これが減少するようにステアリング33を操作制御することにより、制御されるようになっている。
このような追従車31の制御に際しては、制御ECU32に備えられる補正手段32Aにより、追従車31の位置が定期的に補正されるようになっている。
【0024】
次に、本実施形態にかかる車両の絶対位置演算方法を用いる車両の追従制御について、図2に示すフローチャートを参照しながら説明する。
図2に示すように、ステップS10では、追従車31の制御ECU32は、追従車31の発進前後における進行方向を求めるため、追従車31が発進(スタート)したか否か、即ち、追従車31が所定の距離だけ走行したか否かを判定する。
【0025】
この判定の結果、追従車31が発進していないと判定された場合は、ステップS20に進み、追従車31のエンジン34の出力制御及びブレーキ36の操作制御を行なうことにより車両の前後方向への制御を行なって、追従車31が発進したと判定するまで、この制御を繰り返す。このようにして追従車31が発進したと判定した場合は、先導車11を追従すべく追従車31は前後方向及び左右方向の制御が行なわれる。
【0026】
そして、ステップS30に進み、追従車31の制御ECU32が、GPS受信機45により受信される追従車31の発進前後のGPSデータ(追従車の絶対位置座標)に基づいて、追従車31の発進前後における車両進行方向、即ち、絶対座標のX軸に対する追従車31の進行方向角度θgps1(図3参照)を演算する(第1のステップ)。
【0027】
つまり、追従車31の制御ECU32は、絶対座標のX軸に対する追従車31の進行方向角度θgps1を、図3に示すように、GPSデータに基づく追従車31の発進前の絶対位置(X0 ,Y0 )とGPSデータに基づく追従車31の発進後の絶対位置(X1 ,Y1 )とから、次式により求める。
θgps1=tan−1〔(Y1 −Y0 )/(X1 −X0 )〕 ・・・(1)
なお、図3では、縦軸をX軸とし、横軸をY軸としている。また、追従車31は、その発進前の状態から、一定周期毎に、GPS受信機45によりGPSデータを受信できるようになっている。
【0028】
次に、ステップS40で、追従車31の制御ECU32は、ヨーレートセンサ38の出力を二重積分して、追従車31の発進前後に追従車31に発生したヨー角Θ1 を演算し(第2のステップ)、ステップS50に進む。
ステップS50では、ステップS30で求められた追従車31の進行方向角度θgps1とステップS40で演算した追従車31のヨー角Θ1 とから、追従車31の制御ECU32により、追従車31の発進前の向き、即ち、絶対座標のX軸に対する追従車31の発進前の角度θ0 を演算する(第3のステップ)。
【0029】
つまり、図3に示すように、追従車31の進行方向角度θgps1から追従車31の発進前後に発生したヨー角Θ1 を引算して得られる発進前の追従車31の絶対座標のX軸に対する角度(θgps1−Θ1 )を初期角度θ0 として設定すると同時に、初期設定として初期ヨー角Θ0 が0に設定される。
このようにして発進前の追従車31の絶対座標のX軸に対する角度(θgps1−Θ1 )が求められ、発進前の追従車31の向きがわかるため、これを考慮して追従車31の追従走行を行なうようにすれば、車両セット時の車両の向きの微小差により生じる走行軌跡のずれを防止することができ、高精度の追従走行を行なえるようになる。
【0030】
このようにして追従車31が追従走行を開始した後、ステップS60で、追従車31の制御ECU32は、追従車31がトンネル内等のGPSデータを受信できない場所にいないかを、GPS受信機45からのGPSデータが変化したか否かにより判定する。
この判定の結果、GPSデータが変化した場合は、ステップS70に進み、このGPSデータにより追従車31の位置を補正する位置補正サイクルであるか否かを判定するが、この最初の段階では位置補正サイクルでないため、ステップS100に進む。
【0031】
なお、位置補正サイクルは、演算処理精度や制御精度に応じて生じる追従誤差を補正するために予め定められた一定周期であり、追従を開始してから所定時間経過した後に最初の位置補正サイクルがくるようになっている。
ステップS100では、追従車31の制御ECU32は、ヨーレートセンサ38及び車速センサ37の検出出力に基づいてそれぞれ検出されるヨー角Θn ,車速Vn を読み込み、次いで、ステップS110で、図3に示すように、追従車31のヨー角Θn と車速Vn とから追従車31の絶対座標における予想位置(XN ′,YN ′)を演算する(第4のステップ)。なお、予想位置(XN ′,YN ′)とは演算により求められる追従車31の位置をいう。
【0032】
つまり、この場合はGPSデータは変化していないため、上述の式(1)による追従車31の向き、即ち、追従車31の絶対座標のX軸に対する角度θgpsNを求めることはできない。このため、追従車31の初期角度θ0 及び初期ヨー角Θ0 と現在のヨー角Θn とに基づき、追従車31の絶対座標における予想位置(XN ′,YN ′)を、以下に示すようにして演算する。
【0033】
まず、追従車31の絶対座標における予想ヨー角θN ′を、次式により求める。なお、予想ヨー角θN ′とは、演算により求められる追従車31のヨー角をいう。
θN ′←θ0 +Θn −Θ0
この場合、発進直後で初期角度θ0 及び初期ヨー角Θ0 が更新されるまでの間は、次式のように表すこともできる。
【0034】
θN ′←θgps1−Θ1 +Θn
この追従車31の絶対座標における予想ヨー角θN ′により、追従車31の絶対座標における予想位置(XN ′,YN ′)を、それぞれ次式(2),(3)により求める。
XN ′←∫Vn ・cosθN ′ ・・・(2)
YN ′←∫Vn ・sinθN ′ ・・・(3)
このようにして発進前の追従車31の絶対座標のX軸に対する角度θgps0を求めた後は、ヨーレートセンサ38及び車速センサ37によりそれぞれ検出されるヨー角Θn ,車速Vn に基づいて、追従車31の絶対座標における予想位置(XN ′,YN ′)を求めるようにしているため、追従車31がトンネル内等のGPSデータを受信できない場所に入った場合であっても、追従車31を先導車11に追従させることができるようになる。
【0035】
このようにして追従車31の絶対座標における予想位置(XN ′,YN ′)を求めた後、ステップS90で、追従車31の絶対座標における予想位置(XN ′,YN ′)及び絶対座標における予想ヨー角θN ′に基づいて、先導車11の走行軌跡とのずれを減少させるようにステアリング33を操作制御して、追従車31の左右方向への制御を行なうとともに、エンジン34の出力制御やブレーキ36の操作制御を行なうことにより、追従車31の前後方向への動きを制御して、追従車31を先導車11に追従走行させ、ステップS60に戻る。
【0036】
そして、次の位置補正サイクルになるまでは、ステップS60,ステップS70,ステップS100,ステップS110,ステップS90の処理を繰り返す。
その後、位置補正サイクルになると、ステップS70からステップS80に進み、変化前後のGPSデータから追従車31の向きθgpsNを演算する。つまり、前回の追従車31の絶対位置(XN−1 ,YN−1 )と今回の追従車31の絶対位置(XN ,YN )とから、上述の式(1)により、追従車31の向き、即ち、追従車31の絶対座標のX軸に対する角度θgpsNを求め、ステップS85に進む。
【0037】
ステップS85では、追従車31の制御ECU32の補正手段32Aが、ステップS110で求められた追従車31の絶対座標における予想位置(XN ′,YN ′)を、GPS受信機45により受信される追従車31の絶対位置(XN ,YN )に置き換えるとともに、ステップS110で求められた追従車31の絶対座標における予想ヨー角θN ′を、ステップS80で求められた追従車31の向きθgpsNに置き換えることにより補正して、追従車31の絶対位置(XN ,YN )及び追従車31の絶対ヨー角θN を演算する(第5のステップ)。同時に、ステップS85では、θ0 ←θgpsN,Θ0 ←Θn として初期角度θ0 及び初期ヨー角Θ0 を更新する。
【0038】
なお、このステップS80,S85の処理は、ステップS70で一定周期として定められた位置補正サイクルであるとされた場合にのみ行なわれるため、このGPSデータによる補正は定期的に行なわれることになる。
このようにして追従車31の絶対座標における予想位置(XN ′,YN ′)及び絶対座標における予想ヨー角θN ′を、追従車31の絶対位置(XN ,YN )及び追従車31の向きθgpsNで、定期的に補正することにより、演算処理精度や制御精度に応じて所定の追従誤差が生じたとしても、高精度の車両追従制御を行なえるようになる。また、初期角度θ0 及び初期ヨー角Θ0 も更新されるので、補正結果がその後のステップS100,S110の処理にも反映されることになり、予想ヨー角θN ′の精度も高く保つことができる。
【0039】
次に、ステップS90に進み、ステップS85により求められた追従車31の絶対位置(XN ,YN )及び絶対ヨー角θN に基づいて、先導車11の走行軌跡とのずれが減少するようにステアリング33を操作制御して、追従車31の左右方向への制御を行なうとともに、エンジン34の出力制御やブレーキ36の操作制御を行なうことにより、追従車31の前後方向への動きを制御して、追従車31を先導車11に追従走行させ、ステップS60に戻る。
【0040】
そして、次の位置補正サイクルになるまでは、ステップS60,ステップS70,ステップS100,ステップS110,ステップS90の処理を繰り返す。この場合、制御ECU32の補正手段32Aにより補正された追従車31の絶対位置(XN ,YN )及び追従車31の絶対ヨー角θN を基準に、追従車31の車速Vとヨー角Θn とから、その後の追従車31の絶対座標における予想位置(XN ′,YN ′)や予想ヨー角θN ′が求められる。
【0041】
ところで、追従車31が、トンネル内等のGPSデータを受信できない場所に入った場合には、ステップS60で、GPSデータが変化していないと判定され、ステップS100に進み、以後、ステップS100,ステップS110及びステップS90の処理を繰り返す。
これにより、追従車31がトンネル内等のGPSデータを受信できない場所に入った場合であっても、追従車31を先導車11に正確に追従させることができるようになる。
【0042】
このようにして、追従車31の追従制御において、車両の絶対位置に基づいて制御を行なうことによる作用を説明する。
図4で破線で示すように、追従車31を車両の絶対位置に基づいて制御しない場合(即ち、GPSデータに基づいて制御しない場合)は、追従車31の走行軌跡が先導車11の走行軌跡と同一になるように制御されたとしても、追従車31の実際の走行軌跡は、発進前に車両の向きにズレがあると、先導車11の走行軌跡から次第に離れていき、大きな誤差が生じることになる。
【0043】
これに対し、図4中、実線で示すように、追従車31を車両の絶対位置に基づいて制御する場合(即ち、GPSデータに基づいて制御しない場合)は、先導車11の走行軌跡と追従車31の実際の走行軌跡とを略一致させることができようになる。
この結果、車両の追従制御における追従性能を向上させることができるという利点がある。
【0044】
つまり、車両の追従制御を行なう場合に車両セット時の車両の向きに微小差があったとしても、発進前後の追従車31の絶対位置から発進前の追従車31の向きθgps0を求め、この発進前の追従車31の向きθgps0及び絶対位置(X0 ,Y0 )を初期値として、追従車31の絶対座標における予想位置(XN ′,YN ′)を求めて追従車31を制御するようにしているため、高精度の車両追従制御を行なえるという利点がある。
【0045】
また、発進前の追従車31の向きθgps0を求めた後は、ヨーレートセンサ38及び車速センサ37の検出出力に基づいて、追従車31の絶対座標における予想位置(XN ′,YN ′)を求めるようにしているため、追従車31がトンネル内等のGPSデータを受信できない場所に入った場合であっても、追従車31を先導車11に正確に追従させることができるという利点がある。
【0046】
さらに、追従車31を先導車11に追従させるように制御する場合に、演算処理精度や制御精度に応じて所定の追従誤差が生じたとしても、定期的に、GPSデータにより追従車31の位置を補正するようにしているため、高精度の車両追従制御を行なえるようになる。
なお、本実施形態にかかる車両の絶対位置演算方法は、車両の追従制御に用いられるものとして説明したが、この車両の絶対位置演算方法の用途はこれに限られるものでなく、広く車両の絶対位置を知る方法として用いることができる。
【0047】
また、本実施形態にかかる車両の絶対位置演算方法は、高精度GPSの絶対位置情報により演算するようにしているが、一般的なリファレンシャルGPSを用いて車両の絶対位置を演算するようにしてもよい。
【0048】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1,3,4記載の本発明の車両の絶対位置演算方法,車両の絶対位置演算装置及び車両の追従制御システムによれば、トンネル内等の車両の走行中に衛星航法システムを利用することができなくなった場合であっても正確に車両の予想位置を演算することができるという利点がある。
【0049】
また、請求項2,5記載の本発明の車両の絶対位置演算方法及び車両の追従制御システムによれば、車速とヨー角とに基づいて演算した予想位置を衛星航法システムからの情報により定期的に補正するので、車速とヨー角とに基づく予想位置の演算精度を高めることができるという利点がある。また、衛星航法システムが利用できなくなった場合であっても車両の予想位置の演算精度を向上させることができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる車両の追従制御システムの概略を示す構成図である。
【図2】本発明の一実施形態にかかる車両の追従制御システムの絶対位置演算方法を説明するためのフローチャートである。
【図3】本発明の一実施形態にかかる追従制御システムの絶対位置演算方法を説明するための模式図である。
【図4】本発明の一実施形態にかかる車両の追従制御システムによる作用,効果を説明するための模式図である。
【図5】従来の車両の追従制御システムの概略を示す構成図である。
【符号の説明】
11 先導車
12 ドライバ
13,33 ステアリング
14,34 エンジン
15,35 トランスミッション
16,36 ブレーキ
17,37 車速センサ
18,38 ヨーレートセンサ
19 ECU
20,40 通信ECU
21,41a,41b 前後通信機
22 表示パネル
23,43 リフレクタ
24,44 衛星航法システム用アンテナ(GPSアンテナ)
25,45 衛星航法システム用受信機(GPS受信機)
31,51 追従車
32 制御ECU
32A 補正手段
39 車間距離センサ
42 モード切換スイッチ
50 人工衛星(高精度衛星航法システム)
51 高精度衛星航法システムの基地局
100 先導車
101 追従車
102,107 コントローラ(ECU)
103,108 ヨーレートセンサ
104,109 車速センサ
105,111 通信機
106,110 通信用アンテナ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle absolute position calculation method for calculating an absolute position of a vehicle, and particularly to a vehicle absolute position calculation method suitable for use in automatic follow-up control of a vehicle., Vehicle absolute position calculation device and vehicle follow-up control systemAbout.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in order to streamline transportation by lorries and reduce traffic accidents, the development of an automatic following system using an expressway or the like has been promoted. The auto-following traveling system automatically drives an unmanned (or manned) following vehicle on a leading vehicle driven by the driver, thereby reducing the number of drivers and causing a collision caused by a drowsy driving or the like. Accidents and the like can be prevented beforehand.
[0003]
As such an automatic following system, various systems such as a vehicle following system, a trajectory following system, and a driving information communication system have been proposed.
In the trajectory-following automatic following traveling system, the following vehicle measures the position of the leading vehicle using a relative position sensor or the like, and further translates and converts this position with the movement of the own vehicle. The traveling locus of the leading vehicle in the coordinate system is obtained, and the steering amount is controlled so that the deviation angle becomes zero.
[0004]
For example, in such an automatic following system, as shown in FIG. 5, the leading vehicle 100 includes a controller (ECU) 102, a
The leading vehicle 100 calculates the traveling locus of the host vehicle based on detection information from the
[0005]
The travel locus information calculated by the
On the other hand, the following vehicle 101 is also provided with a controller (ECU) 107, a
[0006]
Then, the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional automatic following system, the following vehicle 101 is made to follow the leading vehicle 100 based on the traveling locus calculated based on the detection information from the
[0008]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 8-282326 discloses a technique that improves the following accuracy of a following vehicle and eliminates the accumulation of errors in lateral deviation when a large number of following vehicles are automatically followed. There is technology.
According to this technology, the leading vehicle transmits traveling trajectory information including at least the lateral position of the own vehicle by the transmitting unit, while the following vehicle receives traveling trajectory information transmitted from the leading vehicle by the receiving unit, and the received traveling The driving control amount including the steering amount of the own vehicle is determined by the driving control amount determining means based on the trajectory information.
[0009]
However, according to this technique, first, the leading vehicle and the following vehicle are vertically aligned in a flat and straight place, and the horizontal direction distance to a reference line such as a center line is made the same so that the directions of the vehicles match. It is necessary, but in this case, it is difficult to accurately align them, and some errors are unavoidable.
In addition, since the coordinates for calculating the trajectory of the vehicle are set for each vehicle, if there is a misalignment between the leading vehicle and the following vehicle when starting, the coordinates of the coordinates between the leading vehicle and the following vehicle are determined. Absolute direction will be different.
[0010]
In this case, even if the steering amount of the following vehicle is controlled based on the traveling locus information of the leading vehicle so that the traveling locus of the following vehicle is the same as the traveling locus of the leading vehicle, the actual traveling of the following vehicle The trajectory does not coincide with the traveling locus of the leading vehicle, and the error between the traveling locus of the leading vehicle and the traveling locus of the following vehicle gradually increases.
The present invention has been made in view of such a problem, and when performing a vehicle follow-up control, even if there is a small difference in the direction of the vehicle at the time of vehicle alignment, it is also required to take into account arithmetic processing accuracy and control accuracy. A vehicle absolute position calculation method capable of performing high-precision vehicle following control even if a predetermined following error occurs., Vehicle absolute position calculation device and vehicle follow-up control systemThe purpose is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the method for calculating the absolute position of a vehicle according to the first aspect of the present invention is based on the absolute position information of the vehicle measured before the vehicle starts using the satellite navigation system and immediately after the vehicle starts using the satellite navigation system. A first step of calculating a vehicle traveling direction before and after the vehicle starts from the absolute position information of the vehicle measured at the time of the vehicle start;Immediately afterA second step of measuring a yaw angle generated in the vehicle, a third step of calculating a direction of the vehicle before starting from the vehicle traveling direction and the yaw angle, and an absolute position before starting. The direction of the vehicle before the start is set as an initial value, and the vehicle speed and the yaw angle are used as the initial values.ExpectationAnd a fourth step of calculating the position.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for calculating an absolute position of a vehicle according to the first aspect, wherein the fourth step is performed based on absolute position information of the vehicle measured using the satellite navigation system. Of the vehicle calculated byExpectationA fifth step of correcting the position is provided. After the above correction, the vehicle at the time of correction is provided.ExpectationFrom the position, the vehicle speed and the yaw angle,ExpectationIt is characterized by calculating the position.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a vehicle absolute position calculating apparatus configured to execute a process in each step constituting the vehicle absolute position calculating method according to the first or second aspect.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a vehicle follow-up control system according to the present invention, wherein the follow-up vehicle follows the leading vehicle, and is measured before the follow-up vehicle starts using a satellite navigation system. The absolute position information, and the vehicle navigation direction before and after the start of the following vehicle is calculated from the absolute position information measured immediately after the start of the following vehicle using the satellite navigation system, and immediately after the start of the following vehicle Calculate the yaw angle generated in the following vehicle, calculate the direction of the following vehicle before starting from the vehicle traveling direction and the yaw angle, obtain absolute position information before starting the following vehicle, and start the following vehicle. The vehicle is configured to calculate a predicted position of the following vehicle from a vehicle speed and a yaw angle of the following vehicle with the previous direction as an initial value, and to perform the following control of the following vehicle using the predicted position. Is characterized by .
According to a fifth aspect of the present invention, in the vehicle tracking control system according to the fourth aspect, when it is determined that the data of the satellite navigation system has changed, the absolute value of the following vehicle is determined based on the data of the satellite navigation system. It is characterized in that it is configured to correct an expected position in coordinates.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1 to 4 show a method of calculating an absolute position of a vehicle according to an embodiment of the present invention., Vehicle absolute position calculation device and vehicle follow-up control systemFIG. Since the vehicle absolute position calculation method according to the present embodiment is used in a vehicle follow-up control system, the vehicle follow-up control system will be described first.
[0014]
This vehicle follow-up control system controls a plurality of follow-up
As shown in FIG. 1, a
[0015]
The leading vehicle 11 is provided with an
[0016]
Further, the leading vehicle 11 is provided with a satellite navigation system antenna (hereinafter, referred to as GPS antenna) 24 and a satellite navigation system receiver (hereinafter, referred to as GPS receiver) 25, and these
[0017]
The satellite navigation system is a high-precision satellite that receives not only absolute position information from the
The
[0018]
A
[0019]
On the other hand, the following
[0020]
For this purpose, the following
Further, the following
[0021]
The
In addition, the following
[0022]
When the absolute position information from the
The
[0023]
On the other hand, the movement of the following
In controlling the following
[0024]
Next, vehicle follow-up control using the vehicle absolute position calculation method according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
As shown in FIG. 2, in step S10, the
[0025]
As a result of this determination, when it is determined that the following
[0026]
Then, the process proceeds to step S30, where the
[0027]
That is, the
θgps1= Tan-1[(Y1-Y0) / (X1-X0)] ・ ・ ・ (1)
In FIG. 3, the vertical axis is the X axis and the horizontal axis is the Y axis. In addition, the following
[0028]
Next, in step S40, the
In step S50, the traveling direction angle θ of the following
[0029]
That is, as shown in FIG. 3, the traveling direction angle θ of the following
In this manner, the angle (θ) of the absolute coordinates of the followinggps1−Θ1) Is obtained, and the direction of the following
[0030]
After the following
If the result of this determination is that the GPS data has changed, the routine proceeds to step S70, where it is determined whether or not the current position is a position correction cycle for correcting the position of the following
[0031]
Note that the position correction cycle is a predetermined constant cycle for correcting a tracking error generated according to arithmetic processing accuracy and control accuracy, and the first position correction cycle after a predetermined time has elapsed since the start of tracking. It comes to come.
In step S100, the
[0032]
That is, in this case, since the GPS data does not change, the direction of the following
[0033]
First, the expected yaw angle θ in the absolute coordinates of the following vehicle 31N'Is determined by the following equation. Note that the expected yaw angle θN'Denotes the yaw angle of the following
θN′ ← θ0+ Θn−Θ0
In this case, immediately after starting, the initial angle θ0And initial yaw angle Θ0Until is updated, it can be expressed by the following equation.
[0034]
θN′ ← θgps1−Θ1+ Θn
Anticipated yaw angle θ in absolute coordinates of the following
XN'← ∫Vn・ Cos θN'... (2)
YN'← ∫Vn・ Sin θN'... (3)
Thus, the angle θ of the absolute coordinates of the following
[0035]
In this way, the expected position (XN', YN'), The expected position (X in absolute coordinates) of the following
[0036]
Until the next position correction cycle, the processing of steps S60, S70, S100, S110, and S90 is repeated.
Thereafter, when the position correction cycle starts, the process proceeds from step S70 to step S80, and the direction θ of the following
[0037]
In step S85, the correcting means 32A of the
[0038]
Note that the processes in steps S80 and S85 are performed only when the position correction cycle is determined as the fixed period in step S70, so that the correction based on the GPS data is performed periodically.
In this way, the expected position (XN', YN') And expected yaw angle θ in absolute coordinatesN′ To the absolute position (XN, YN) And the direction θ of the following
[0039]
Next, the process proceeds to step S90, where the absolute position of the following vehicle 31 (XN, YN) And absolute yaw angle θN, The steering 33 is operated and controlled so that the deviation from the running locus of the leading vehicle 11 is reduced, so that the following
[0040]
Until the next position correction cycle, the processing of steps S60, S70, S100, S110, and S90 is repeated. In this case, the absolute position of the following
[0041]
If the following
Thus, even when the following
[0042]
In the following control of the following
As shown by the broken line in FIG. 4, when the following
[0043]
On the other hand, as shown by the solid line in FIG. 4, when the following
As a result, there is an advantage that the following performance in the following control of the vehicle can be improved.
[0044]
That is, even if there is a small difference in the direction of the vehicle when the vehicle is set when performing the following control of the vehicle, the direction θ of the following
[0045]
In addition, the direction θ of the following
[0046]
Further, when the following
Although the method for calculating the absolute position of the vehicle according to the present embodiment has been described as being used for follow-up control of the vehicle, the application of the method for calculating the absolute position of the vehicle is not limited to this. It can be used as a method to know the position.
[0047]
In the method for calculating the absolute position of the vehicle according to the present embodiment, the calculation is performed based on the absolute position information of the high-precision GPS. Is also good.
[0048]
【The invention's effect】
As described in detail above, claim 1, 3,4Of the vehicle of the invention describedAbsolute position calculation method, vehicle absolute position calculation device, and vehicle follow-up control systemAccording to the above, even when the satellite navigation system cannot be used while the vehicle is running in a tunnel or the like,ExpectationThere is an advantage that the position can be calculated.
[0049]
Claim 2, 5Method of calculating absolute position of vehicle according to the present inventionAnd vehicle follow-up control systemAccording to the calculation based on the vehicle speed and yaw angleExpectationThe position is periodically corrected based on information from the satellite navigation system, so it is based on vehicle speed and yaw angle.ExpectationThere is an advantage that the calculation accuracy of the position can be increased. Even if the satellite navigation system becomes unavailable,ExpectationThere is also an advantage that the position calculation accuracy can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a vehicle follow-up control system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining an absolute position calculation method of the vehicle follow-up control system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an absolute position calculation method of the tracking control system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation and effect of the vehicle follow-up control system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram schematically showing a conventional vehicle follow-up control system.
[Explanation of symbols]
11 Leading car
12 Driver
13,33 Steering
14,34 engine
15,35 transmission
16,36 brake
17,37 Vehicle speed sensor
18,38 Yaw rate sensor
19 ECU
20,40 Communication ECU
21, 41a, 41b Communication device before and after
22 Display panel
23, 43 Reflector
24,44 Satellite navigation system antenna (GPS antenna)
25,45 Receiver for satellite navigation system (GPS receiver)
31,51 Following vehicle
32 Control ECU
32A correction means
39 Inter-vehicle distance sensor
42 Mode switch
50 artificial satellites (high-accuracy satellite navigation system)
51 Base Station of High Precision Satellite Navigation System
100 leading car
101 Following car
102, 107 Controller (ECU)
103,108 Yaw rate sensor
104,109 Vehicle speed sensor
105,111 communication equipment
106,110 Communication antenna
Claims (5)
上記車両発進直後に該車両に発生したヨー角を計測する第2のステップと、
上記車両進行方向と上記ヨー角とから発進前の該車両の向きを計算する第3のステップと、
上記発進前の絶対位置と上記発進前の該車両の向きとを初期値として、車速と該ヨー角とから該車両の予想位置を演算する第4のステップと、
を有することを特徴とする、車両の絶対位置演算方法。From the absolute position information of the vehicle measured before starting the vehicle using the satellite navigation system and the absolute position information of the vehicle measured immediately after starting the vehicle using the satellite navigation system, the traveling direction of the vehicle before and after the vehicle starts A first step of calculating
A second step of measuring a yaw angle generated in the vehicle immediately after the vehicle starts;
A third step of calculating the direction of the vehicle before starting from the vehicle traveling direction and the yaw angle;
A fourth step of calculating an expected position of the vehicle from the vehicle speed and the yaw angle using the absolute position before the start and the direction of the vehicle before the start as initial values;
A method for calculating an absolute position of a vehicle, comprising:
上記の補正後は、補正時の車両予想位置とその後の車速とヨー角とから車両の予想位置を演算することを特徴とする、請求項1記載の車両の絶対位置演算方法。A fifth step of correcting the predicted position of the vehicle calculated in the fourth step based on the absolute position information of the vehicle measured by using the satellite navigation system;
2. The vehicle absolute position calculating method according to claim 1, wherein after the correction, the predicted vehicle position is calculated from the predicted vehicle position at the time of the correction and the subsequent vehicle speed and yaw angle.
衛星航法システムを利用して前記追従車の発進前に計測された絶対位置情報と、前記衛星航法システムを利用して前記追従車の発進直後に計測された絶対位置情報とから前記追従車の発進前後における車両進行方向を計算し、 The start of the following vehicle based on absolute position information measured before the start of the following vehicle using a satellite navigation system and the absolute position information measured immediately after the start of the following vehicle using the satellite navigation system. Calculate the vehicle traveling direction before and after,
前記追従車の発進直後に前記追従車に発生したヨー角を計算し、 Calculate the yaw angle generated in the following vehicle immediately after the start of the following vehicle,
前記車両進行方向と前記ヨー角とから発進前の前記追従車の向きを計算し、 Calculate the direction of the following vehicle before starting from the vehicle traveling direction and the yaw angle,
前記追従車の発進前の絶対位置情報と前記追従車の発進前の向きとを初期値として、その後の前記追従車の車速及びヨー角から前記追従車の予想位置を演算し、前記予想位置を用いて前記追従車の追従制御を行なうように構成されることを特徴とする、車両の追従制御システム。 Using the absolute position information of the following vehicle before starting and the direction of the following vehicle before starting as initial values, calculating the expected position of the following vehicle from the vehicle speed and yaw angle of the following vehicle, and calculating the expected position. A vehicle follow-up control system configured to perform the follow-up control of the following vehicle using the vehicle.
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