JP3670089B2 - 自動ステアリング制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般道路や高速道路において、ドライバーの運転をアシストし、車両を所要の走行経路に沿って走行させるように自動操舵を行う自動ステアリング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、道路の車両を走行させるべき走行経路に沿って磁気ネイル等の経路マーカを配列しておくと共に、その経路マーカを検出するマーカセンサを車両に設け、走行時にマーカセンサによる経路マーカの検出出力に基づき車両の時々刻々の現在位置における走行経路との位置関係（車両の走行経路に対する横ずれ量等）を把握しつつ、車両を走行経路に沿って走行させるように車両の自動操舵を行って自動走行を行うシステムが提案されている。
【０００３】
この場合、従来のシステムでは、車両の操舵制御量（ステアリングの操舵角の値）をδ、現在の走行位置における車両の走行経路からの横方向のずれ量をεy 、車両の現在の車速をＶとした場合、次式により操舵制御量δを決定し、その決定した制御量δに従ってステアリング操作をアクチュエータにより行うようにしていた。
【０００４】
δ＝Ｐ（Ｖ）・εy ＋Ｉ（Ｖ）・∫εy dt
ここで、Ｐ（Ｖ）・εy は比例積分制御の比例項を示し、係数Ｐ（Ｖ）は、車速Ｖに応じてあらかじめ定めた関数値である。また、Ｉ（Ｖ）・∫εy dtは積分項を示す、係数Ｉ（Ｖ）は、車速Ｖに応じてあらかじめ定めた関数値である。
【０００５】
このような操舵制御によって、車両の走行経路からの横方向のずれ量εy が解消するようにステアリング操舵がなされる。
【０００６】
しかしながら、このような制御手法では、車両の現在の車速Ｖや、走行経路に対する現在の横ずれ量εy によってのみ、車両の操舵量を決定するため、その誤差が蓄積し易く、所要の走行経路から車両が逸脱したり、走行経路に対して車両が大きく蛇行する等の不都合を生じやすい。特に、６０ｋｍ／ｈ以上、望ましくは１００ｋｍ／ｈ以上の高速で車両を走行させようとした場合に、カーブの入口付近では、車両を走行経路に沿わせるための車両の操舵制御の追従性が低下し、所要の走行経路に車両を的確に沿わせることが困難となるばかりか、隣の車線に車両がはみ出してしまうというような事態も生じる虞れがある。また、カーブの入口付近では、車両の走行経路に対する横ずれ量εy が急激に大きくなるため、操舵制御量が急変し、ステアリング操作の急変を生じる虞れもある。
【０００７】
このような不都合を解決するため、ＣＣＤカメラを車両に搭載して車両の前方の道路形状（道路の曲がり具合等）を認識し、その認識した道路形状に合わせた操舵制御を行って、高速での自動走行を可能としようとするシステムが提案されている。
【０００８】
しかしながら、この手法では、操舵制御を的確に行うためには、ＣＣＤカメラにより、いかに正確に車両前方の道路形状を認識できるかに依存するものの、雨や雪等の悪天候の下では、ＣＣＤカメラの撮像能力は著しく低下し、これに伴って、車両前方の道路形状を正しく認識することが困難となる。従って、雨や雪等の悪天候の下では、的確な操舵制御を行うことが困難となる。
【０００９】
この場合、悪天候においても、前方の道路形状を精度よく認識するために赤外線カメラを用いることが考えられるが、赤外線カメラは一般に高価であると共に、システムが大がかりなものとなりやすく、このような赤外線カメラシステムを車両に備えることは適切でない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑み、天候条件や道路形状等によらずに車両の高速走行を可能としつつ車両を所要の走行経路に確実且つ的確に沿わせつつ自動走行を行うことができる自動ステアリング制御装置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】
かかる目的を達成するために本発明の第１の態様は、あらかじめ経路マーカが付設された所定の走行経路に沿って車両が走行するよう該車両の自動操舵を行う自動ステアリング制御装置において、前記走行経路の地図データを保持する手段と、車両に備えたマーカセンサにより前記経路マーカを検出し、その検出出力に基づき車両の現在の走行位置における前記走行経路との位置関係を逐次求める手段と、少なくとも該車両の前記走行経路との時々刻々の位置関係及び前記地図データとに基づき該地図データ上における車両の走行位置を逐次把握する手段と、前記地図データ上における走行経路の各所の曲率情報を車両外部に設けられた走行情報提供設備との通信により取得する手段と、該走行情報提供設備から与えられる走行経路の曲率情報に基づき、前記把握した車両の現在の走行位置の前方における走行経路の曲率情報を取得する手段と、車両の現在の走行位置から現在の走行状態で走行した場合における所定時間後の車両の進行方位と、該所定時間後の車両の走行位置に対応する走行経路上の地点における該走行経路の方位との偏差角度を予見角度として求める手段と、少なくとも前記取得した車両の前方の走行経路の曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の前記走行経路との現在の位置関係と、前記予見角度とに基づき車両の操舵制御量を決定する手段とを備え、前記車両の走行経路との位置関係は、車両の中心部の走行経路に対する横方向偏差と、車両の進行方向の走行経路に対する方位角偏差とを含み、前記操舵制御量を決定する手段は、車両の前方の走行経路の曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の現在の横方向偏差と、車両の現在の方位角偏差とに基づいて、前記横方向偏差と前記方位角偏差とを減少させるように前記操舵制御量を決定するとともに、前記車両の現在の車速と前記予見角度とに基づいて、前記予見角度を減少させるように前記操舵制御量を決定することを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明の第１の態様によれば、前記マーカセンサによる前記経路マーカの検出出力により得られる車両の走行経路に対する時々刻々の位置関係のデータを用いて、車両で保持した地図データ上における車両の現在の走行位置を逐次把握する。このとき、前記車両の走行経路に対する位置関係は、車両の中心部の走行経路に対する横方向偏差と、車両の進行方向の走行経路に対する方位角偏差とを含む。また、前記走行情報提供設備から、前記走行経路の各所の曲率情報が通信により車両側に与えられる。そして、この与えられた曲率情報に基づいて、前記把握した車両の現在の走行位置の前方における走行経路の曲率情報を取得する。さらに、車両の現在の走行位置から現在の走行状態で走行した場合における所定時間後の車両の進行方位と、該所定時間後の車両の走行位置に対応する走行経路上の地点における該走行経路の方位との偏差角度を予見角度として求める。そして、前記取得した曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の現在の横方向偏差と、車両の現在の方位角偏差とに基づいて、前記横方向偏差と前記方位角偏差とを減少させるように車両の操舵制御量を決定するとともに、前記車両の現在の車速と前記予見角度とに基づいて、前記予見角度を減少させるように前記操舵制御量を決定する。これにより、車両の現在の車速や車両の走行経路との現在の位置関係のみならず、車両前方の走行経路の曲率（曲がり具合）を考慮した車両の操舵制御が行われることとなる。
【００１３】
この場合、この操舵制御に際して必要な車両の走行経路との現在の位置関係は、車両の走行位置における前記マーカセンサによる経路マーカの検出出力に基づいて求められるので、比較的精度よく車両の走行経路との位置関係を求めることが可能であり、さらに、この位置関係の時々刻々のデータと車両に保持した走行経路の地図データとを用いて、車両の走行位置も比較的精度よく把握することが可能となる。また、車両前方の曲率情報は、走行情報提供設備との通信によって得られるものであるため、天候条件等の影響を受けずに精度のよい曲率情報を取得することが可能となる。
【００１４】
従って、本発明の第１の態様によれば、天候条件や道路形状等によらずに車両の高速走行を可能としつつ車両を所要の走行経路に確実且つ的確に沿わせつつ自動走行を行うことが可能となる。
さらに、所定時間後の将来的な車両の進行方位と走行経路の方位との偏差角度を予見角度として予測し、車両の操舵制御量を決定する際に、前記予見角度を前もって減少させるように、前記予見角度を加味することで、より円滑に走行経路に沿った車両の走行を行うことが可能となる。
【００１５】
尚、前記走行情報提供設備は、例えば前記走行経路に沿って道路に設置された漏洩同軸ケーブルである。
【００１６】
また、本発明の第２の態様は、前記の目的を達成するために、あらかじめ経路マーカが付設された所定の走行経路に沿って車両が走行するよう該車両の自動操舵を行う自動ステアリング制御装置において、前記走行経路の地図データを保持する手段と、車両に備えたマーカセンサにより前記経路マーカを検出し、その検出出力に基づき車両の現在の走行位置における前記走行経路との位置関係を逐次求める手段と、少なくとも該車両の前記走行経路との時々刻々の位置関係及び前記地図データとに基づき該地図データ上における車両の走行位置を逐次把握する手段と、その把握した車両の現在の走行位置の前方における走行経路の曲率情報を前記地図データから取得する手段と、車両の現在の走行位置から現在の走行状態で走行した場合における所定時間後の車両の進行方位と、該所定時間後の車両の走行位置に対応する走行経路上の地点における該走行経路の方位との偏差角度を予見角度として求める手段と、少なくとも前記取得した車両の前方の走行経路の曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の前記走行経路との現在の位置関係と、前記予見角度とに基づき車両の操舵制御量を決定する手段とを備え、前記車両の走行経路との位置関係は、車両の中心部の走行経路に対する横方向偏差と、車両の進行方向の走行経路に対する方位角偏差とを含み、前記操舵制御量を決定する手段は、車両の前方の走行経路の曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の現在の横方向偏差と、車両の現在の方位角偏差とに基づいて、前記横方向偏差と前記方位角偏差とを減少させるように前記操舵制御量を決定するとともに、前記車両の現在の車速と前記予見角度とに基づいて、前記予見角度を減少させるように前記操舵制御量を決定することを特徴とする。
【００１７】
かかる本発明の第２の態様によれば、前記第１の態様と全く同様に、前記マーカセンサによる前記経路マーカの検出出力により得られる車両の走行経路に対する時々刻々の位置関係のデータを用いて、車両に保持した地図データ上で、車両の現在の走行位置が逐次把握される。このとき、前記車両の走行経路に対する位置関係は、車両の中心部の走行経路に対する横方向偏差と、車両の進行方向の走行経路に対する方位角偏差とを含む。そして、その把握した車両の現在の走行位置の前方における走行経路の曲率情報を前記地図データから取得する。さらに、車両の現在の走行位置から現在の走行状態で走行した場合における所定時間後の車両の進行方位と、該所定時間後の車両の走行位置に対応する走行経路上の地点における該走行経路の方位との偏差角度を予見角度として求める。そして、前記取得した曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の現在の横方向偏差と、車両の現在の方位角偏差とに基づいて、前記横方向偏差と前記方位角偏差とを減少させるように車両の操舵制御量を決定するとともに、前記車両の現在の車速と前記予見角度とに基づいて、前記予見角度を減少させるように前記操舵制御量を決定する。これにより、車両の現在の車速や車両の走行経路との現在の位置関係のみならず、車両前方の走行経路の曲率（曲がり具合）を考慮した車両の操舵制御が行われることとなる。
【００１８】
この場合、第１の態様と同様に、この操舵制御に際して必要な車両の走行経路との現在の位置関係は、車両の走行位置における前記マーカセンサによる経路マーカの検出出力に基づいて求められるので、比較的精度よく車両の走行経路との位置関係を求めることが可能であり、さらに、この位置関係の時々刻々のデータと車両に保持した走行経路の地図データとを用いて、車両の走行位置も比較的精度よく把握することが可能となる。また、車両前方の曲率情報は、車両に保持した地図データに基づいて得られるものであるため、天候条件等の影響を受けずに精度のよい曲率情報を取得することが可能となる。
【００１９】
従って、本発明の第２の態様によっても、天候条件や道路形状等によらずに車両の高速走行を可能としつつ車両を所要の走行経路に確実且つ的確に沿わせつつ自動走行を行うことが可能となる。
さらに、第１の態様と同様に、所定時間後の将来的な車両の進行方位と走行経路の方位との偏差角度を予見角度として予測し、車両の操舵制御量を決定する際に、前記予見角度を前もって減少させるように、前記予見角度を加味することで、より円滑に走行経路に沿った車両の走行を行うことが可能となる。
【００２０】
かかる本発明の第１及び第２の態様では、前記経路マーカは前記走行経路に沿って間隔を存して道路に配列された磁気発生源であり、前記マーカセンサは磁気センサであることが好ましい。このようにすることで、磁気発生源の検出を天候条件のみならず、道路の汚れ等の影響も受けずに行うことが可能となり、ひいては、車両の走行経路に対する位置関係をより確実に把握することが可能となる。
【００２２】
また、前記車両の走行位置を把握する手段は、より具体的には、車両の車速及びヨーレートに基づき車両の走行軌跡を逐次求める手段を含み、その求めた走行軌跡と、前記車両の前記走行経路との時々刻々の位置関係と、該走行経路の前記地図データとから該地図データ上における車両の現在の走行位置を把握する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
【００２６】
本実施形態における操舵制御アルゴリズムは、複数の車両が適正な車間距離を保持しつつ追従走行を行う所謂プラトーン走行において、各車両の操舵制御を行う場合のみならず、さらには、一台の車両が単独で走行する場合の操舵制御にも用いることができるものである。
【００２７】
図１は本実施形態における車両の走行状態を示している。
【００２８】
本実施形態の走行システムでは、同図に示すように、道路の車両Ａを走行させるべき経路としてあらかじめ定められた所要の走行経路Ｂ上において、経路マーカとしての磁気ネイルＣが等間隔で埋め込まれて配列され、また、路側には走行情報提供設備としての漏洩同軸ケーブルＤ（ＬＣＸケーブル）が設置されている。この漏洩同軸ケーブルＤは、走行経路Ｂ上を走行する車両Ａに、例えば走行経路Ｂの各所における曲率情報や路面状態情報、速度指令情報等を送信する。また、車両Ａには、その前部及び後部の下面部に、それぞれその下方に位置した磁気ネイルＣの磁気を検出する磁気センサ１，１が備えられている。車両Ａは、これらの磁気センサ１，１の検出データや漏洩同軸ケーブルＤから与えられる情報等に基づいて、車両Ａの車速制御や操舵制御を行いつつ走行経路Ｂに沿って自動走行する。尚、各磁気センサ１は、その下方に磁気ネイルＣが位置したとき、車両Ａの車幅方向の中心線Ｘに対する該磁気ネイルＣの車幅方向での変位量ｄf ，ｄr に応じた信号、換言すれば、車両Ａの前部及び後部のそれぞれの箇所での走行経路Ｂに対する車両Ａの横方向の変位量ｄf ，ｄr に応じた信号を出力する。
【００２９】
上記のような走行経路Ｂ上を走行する車両Ａは、その走行を行うために図２のブロック図に示すシステム構成を具備している。
【００３０】
すなわち、車両Ａは、前記磁気センサ１，１の他、ＬＣＸケーブルＤから送信される走行経路Ｂの曲率情報等を受信するＬＣＸ情報受信機２と、車両Ａに生じたヨーレートを検出するヨーレートセンサ３と、車両Ａの進行方向の加速度を検出する加速度センサ４と、車両Ａの車速や走行距離を検出するための車輪回転速度センサ５と具備する。
【００３１】
また、車両Ａは、自車の走行軌跡や走行経路Ｂに対する位置関係を逐一計算して、後述の地図データ上における自車の走行位置を求めるナビゲーション装置６と、自車の制御計画を演算する制御計画処理装置７と、ＬＣＸ情報送受信機２を介したＬＣＸケーブルＤとの通信や、走行経路Ｂ上を走行する車両間での各車両の走行状態を示す情報の通信を制御する通信制御装置８と、ナビゲーション装置６の出力データ等に基づき自車のステアリングの操舵制御量を演算する横方向制御装置９と、横方向制御装置９が演算した操舵制御量に従って車両の操舵を行う電子制御パワーステアリング・アクチュエータ１０とを具備する。尚、制御計画処理装置７は、走行経路Ｂ上における自車の車速計画を作成する車速計画装置１１と、この作成された車速計画等に従って自車の速度制御量を演算する車速制御装置１２とを具備し、車速制御装置１２は、演算した速度制御量により、ブレーキ制御アクチュエータ１３やスロットル制御アクチュエータ１４を制御する。また、ナビゲーション装置６、通信制御装置８、横方向制御装置９、車速計画装置１１、及び車速制御装置１２は、いずれも各々に演算処理装置（ＣＰＵ）を具備し、適宜、相互にデータの授受がなされるようになっている。
【００３２】
次に、本発明の実施形態をより具体的に説明する前に、図２のシステム構成を有する車両Ａの操舵制御アルゴリズムの参考例（本発明の実施形態に関連した参考例）を図３乃至図６を参照して説明する。図３は操舵制御のフローチャート、図４乃至図６は動作説明図を示している。図４においては、ａは時刻ｔ＝０（今現在）における車両Ａの実際の走行位置、ｂは現在の走行状態で走行した場合にあらかじめ定めた予見時間Ｔpre （１．３秒）後に到達すると推定される車両Ａの走行位置、ｃは走行経路Ｂ上における予見時間Ｔpre （１．３秒）後の車両Ａの予定走行位置、ａ’は今現在の車両Ａの実際の進行方向、ａ''はａ’との平行線、ｂ’は予見時間Ｔpre （１．３秒）の車両Ａの推定位置ｂにおける予想進行方向、ｂ''はｂ’との平行線である。さらに、ｃ’は予見時間Ｔpre 後の走行経路Ｂ上の予定走行位置ｃにおける進行方向（予定走行位置ｃにおける走行経路Ｂの接線）、ｃ''はｃ’との平行線である。また、Ｒｎは例えば０．８〜１．２秒の範囲で定められた所定時間Ｔ（例えば１秒）後の車両Ａの走行位置における走行経路Ｂの旋回半径（曲率の逆数）、Ｒn+1 は予見時間Ｔpre 後の走行経路Ｂ上の予定走行位置ｃにおける走行経路Ｂの旋回半径（曲率の逆数）である。またεy は車両Ａの中心部の走行経路Ｂに対する横方向の変位量（横方向偏差）、θは車両Ａの現在位置において車両Ａの進行方向と走行経路Ｂとのなす角度誤差（方位角偏差）である。尚、参考例では、前記予見時間Ｔpre や、その予見時間Ｔpre 後の走行経路Ｂの旋回半径Ｒn+1 は使用せず、これらは、後述の実施形態において使用するものである。
【００３３】
図３を参照して本参考例では、時刻ｔ＝０における車両Ａの現在位置では、まず、ステップ１において、前記通信制御装置８により、ＬＣＸケーブルＤからＬＣＸ情報送受信機２を介して車両Ａの前方を含む走行経路Ｂの所要の区間の各所における曲率情報を受信して、それを図示しないメモリに記憶保持する。
【００３４】
ステップ２においては、車両Ａの前後の各磁気センサ１により検出される該磁気センサ１の下方に位置した磁気ネイルＣの検出データをメモリに記憶保持する。この検出データは、各磁気センサ１の箇所における車両Ａの走行経路Ｂに対する横方向の変位量を示すデータであり、前記ナビゲーション装置６に与えられる。
【００３５】
ステップ３においては、ナビゲーション装置６が、ステップ２において取り込まれた車両Ａの前後の両磁気センサ１，１の検出データから、車両Ａの中心部の走行経路Ｂに対する横方向の変位量εy と、車両Ａの進行方向と走行経路Ｂとのなす角度誤差θ（図１及び図４参照）とを求める。これらの変位量εy や角度誤差θは、各磁気センサ１，１の箇所における車両Ａの走行経路Ｂに対する横方向の変位量ｄf ，ｄr （各磁気センサ１，１の検出データ。図１参照）から、磁気センサ１，１の間隔、該磁気センサ１，１と車両中心部との位置関係等に応じた幾何学的な所定の演算により算出される。
【００３６】
具体的には、例えば図１を参照して、車両Ａの進行方向に向かって車両中心線Ｘよりの左側を各磁気センサ１，１により検出される変位量ｄf ，ｄr の正方向、車両中心線Ｘよりも右側を負方向としたとき、図１の状態では、ｄf ＞０、ｄr ＜０で、このとき、角度誤差θは磁気センサ１，１の間隔をＬとすると、次式により算出される。
【００３７】
θ＝ｔａｎ-1［（ｄf −ｄr ）／Ｌ］
また、車両Ａの中心部（本参考例では、磁気センサ１，１の間の中央点）の変位量εy は、次式により算出される。
【００３８】
εy ＝（ｄf ＋ｄr ）／２
ステップ４では、前記車輪回転速度センサ５の出力により、現在の車速が制御計画処理装置７により演算され、その演算された車速と、ヨーレートセンサ３により検出された車両Ａのヨーレートとがナビゲーション装置６に取り込まれてメモリに記憶保持される。
【００３９】
ステップ５では、ナビゲーション装置６において、ステップ４で取り込まれた車両Ａの車速とヨーレートとを用いて自車の走行軌跡が算出され、さらにステップ３で求められた車両Ａの中心部の変位量εy に基づき、自車の走行軌跡に対する走行経路Ｂの位置関係が算出される。
【００４０】
さらに詳細には、図５を参照して、本参考例では、例えば車両Ａの自動走行を開始したスタート地点を基準としてｘ−ｙ座標（ｘ軸：スタート地点における車幅方向、ｙ軸：スタート地点における車長方向）が設定され、そのスタート地点から検出されたヨーレートが前記ステップ４で取り込まれる毎に積分していくことで、このｘ−ｙ座標における車両Ａの進行方位角θx （車両の進行方向とｘ軸とのなす角度）を逐一算出する。尚、この進行方位角θx を算出するに際しては、車両Ａの操舵量が比較的大きい場合に生じる所謂、横滑り角（車両の実際の進行方向と車両の前後方向とのなす角度）を加味してもよい。
【００４１】
そして、この進行方位角θx と、ステップ４でヨーレートと共に取り込まれた車速Ｖとから次の積分演算を行っていくことで、ｘ−ｙ座標における車両Ａの座標成分（ｘt ，ｙt ）を逐一算出し、それにより、図５に示すような自車の走行軌跡Ｋを求める。
【００４２】
ｘt ＝∫Ｖ・ｃｏｓθx dt
ｙt ＝∫Ｖ・ｓｉｎθx dt
さらに、ステップ３で取り込まれた車両Ａの中心部の変位量εy により、走行軌跡Ｋ上の各車両位置（ｘt ，ｙt ）に対応する走行経路Ｂの座標成分（ｘb ，ｙb ）を走行軌跡Ｋの算出と並行して逐一求め、それにより、ｘ−ｙ座標における走行経路Ｂの位置を求める。この場合、走行経路Ｂの座標成分（ｘb ，ｙb ）は、走行軌跡Ｋ上の各車両位置（ｘt ，ｙt ）から車幅方向に変位量εy だけずらした点の座標成分である。
【００４３】
次いで、ステップ６では、ナビゲーション装置６においてあらかじめＣＤ−ＲＯＭ等の電子地図媒体に保持された走行経路Ｂの地図データ（磁気ネイルＣの点列データ）と、ステップ５で前述の如くｘ−ｙ座標で求められた車両Ａの走行軌跡Ｋ及び走行経路Ｂとを照合してマップマッチングを行うことにより、地図データ上での車両Ａの現在の走行位置を求める。
【００４４】
さらに詳細には、図６を参照して、上記地図データは、例えば地図上の特定の地点（例えば走行経路Ｂの開始地点）、あるいは特定の経度・緯度の値を有する地点を基準とした設定されたＸ−Ｙ座標における走行経路Ｂの位置データ（磁気ネイルＣの点列の位置データ）として表されている。そして、この地図データの走行経路Ｂとｘ−ｙ座標で求められた走行経路Ｂとが一致するようにして、ｘ−ｙ座標で求められた走行軌跡Ｋを地図データのＸ−Ｙ座標に座標変換し、これにより地図データ上における（Ｘ−Ｙ座標における）車両Ａの現在位置（Ｘt ，Ｙt ）を特定する。
【００４５】
尚、上記のような地図データは、例えば走行経路Ｂの所定の区域毎に、ＬＣＸケーブルＤとの通信により該ＬＣＸケーブルＤから受け取って、適宜の記憶装置に保持しておくようにしてもよい。
【００４６】
ステップ７では、ナビゲーション装置６により、上記のように地図データ上で特定された車両Ａの現在位置（Ｘt ，Ｙt ）に基づいて、その前方の走行経路Ｂの地図データを例えば現在位置から前方５００ｍまでの範囲で切り出し、それをメモリに保持する。
【００４７】
ステップ８では、車両Ａの現在位置（Ｘt ，Ｙt ）と、前記ステップ１においてＬＣＸケーブルＤとの通信により取得した走行経路Ｂの各所における曲率情報とを基に、車両Ａが現在の走行状態で走行した場合に前記所定時間Ｔ秒（例えば１秒）後に到達すると予測される地点に対応した箇所（現在位置に対応する走行経路Ｂ上の地点からＶ・Ｔの距離だけ走行経路Ｂ上を前方に進行した地点）での走行経路Ｂの曲率１／Ｒｎ（図４参照）を特定する。
【００４８】
ステップ９では、ナビゲーション装置６は、前記ステップ３で求めた車両中心部の横方向の変位量εy と角度誤差θとの二つの値をそれぞれ前回値と比較し、それぞれの前回値との差が所定のしきい値を越えているか否かを判断する。そして、所定のしきい値を越えている場合には、ステップ３で求めた現在の変位量εy と角度誤差θとの値をそれぞれ前回値に対してあらかじめ設定された範囲内に収まるように強制的に変更する（ステップ９ａ）。
【００４９】
このような処理を行うのは次の理由による。すなわち、変位量εy と角度誤差θとの大きな変化が生じた場合に、ステップ３で求められた変位量εy と角度誤差θとの値をそのまま使用して後述の如く車両Ａの操舵制御量を求めて操舵を行うと、車両Ａの挙動が急変して車両Ａの乗り心地を著しく損なう虞れがある。そこで、ステップ９、９ａの処理を行うことで、操舵制御を行うために必要な変位量εy と角度誤差θとの値の変化量を制限することで、上記のような不都合を回避する。
【００５０】
ステップ１０は本参考例では省略される。
【００５１】
ステップ１１では、前記横方向制御装置９により、操舵制御量（ステアリングの操舵角値) δを、前記ステップ３で求められた現在の車両Ａの走行経路Ｂに対する変位量εy 及び角度誤差θ（但し、ステップ９ａを経た場合には、前述の通り制限された変位量及び角度誤差）と、現在の車速Ｖと、ステップ８で得られた所定時間Ｔ後の走行経路Ｂの曲率１／Ｒｎとを用いて下記の式（２）により求める。そして、横方向制御装置９は、求めた操舵制御量（ステアリングの操舵角値) δで車両Ａのステアリング操作を行うべく、前記電子制御パワーステアリングアクチュエータ１０に命令を送り、該アクチュエータ１０により実際に車両Ａのステアリングを操作する（ステップ１２）。
【００５２】
δ＝Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）・εy ＋Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）∫εy dt＋Ｐ’（Ｖ，１／Ｒｎ）・θ ……（１）
ここで、式（１）において、Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）は車速Ｖと曲率１／Ｒｎのあらかじめ定められた関数で、車速Ｖが大きくなる程、Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）の値が減少し、曲率１／Ｒｎが大きくなる程、Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）の値が大きくなるように設定されている。具体的には、例えばＰ（Ｖ，１／Ｒｎ）は、車速Ｖ及び曲率１／Ｒｎを用いた次式により設定することで、上記のようなＰ（Ｖ，１／Ｒｎ）の傾向が得られるようになっている。
【００５３】
Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）＝Ｐ0 ・（Ｖ0 ／Ｖ）・［１＋（１／Ｒｎ）・ｋ］
但し、上式において、Ｐ0 、ｋは実験的に定められた定数であり、Ｖ0 は、本参考例では６０ｋｍ／ｈ（＝１６．６ｍ／ｓ）の車速を標準車速として、Ｖ0＝１６．６とされている。
【００５４】
また、式（１）において、Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）は車速Ｖと曲率１／Ｒｎのあらかじめ定められた関数で、車速Ｖが大きくなる程、Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）の値が減少し、曲率１／Ｒｎが大きくなる程、Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）の値が大きくなるように設定されている。具体的には、例えばＩ（Ｖ，１／Ｒｎ）は、車速Ｖ及び曲率１／Ｒｎを用いた次式により設定することで、上記のようなＩ（Ｖ，１／Ｒｎ）の傾向が得られるようになっている。
【００５５】
Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）＝Ｉ0(1/Rn) ・（Ｖ0 ／Ｖ）
但し、上式において、Ｉ0(1/Rn) は、曲率１／Ｒｎから、あらかじめ定められたデータテーブルによって求められる値であり、このデータテーブルでは、曲率１／Ｒｎが大きい程、Ｉ0(1/Rn) の値が大きくなり、逆に曲率１／Ｒｎが小さい程、Ｉ0(1/Rn) の値が小さくなる（約０になる）ように設定されている。
【００５６】
また、式（１）において、Ｐ’（Ｖ，１／Ｒｎ）は車速Ｖと曲率１／Ｒｎのあらかじめ定められた関数で、車速Ｖが大きくなる程、Ｐ’（Ｖ，１／Ｒｎ）の値が減少し、曲率１／Ｒｎが大きくなる程、Ｐ’（Ｖ，１／Ｒｎ）の値が大きくなるように設定されている。具体的には、例えばＰ’（Ｖ，１／Ｒｎ）は、Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）と同様の次式により設定することで、上記のようなＰ’（Ｖ，１／Ｒｎ）の傾向が得られるようになっている。
【００５７】
Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）＝Ｐ0 ’・（Ｖ0 ／Ｖ）・［１＋（１／Ｒｎ）・ｋ’］
但し、上式において、Ｐ0 ’、ｋ’は実験的に定められた定数である。
【００５８】
このような式（１）により求めた操舵制御量δ（操舵角値）によりステアリング操作を行うことにより、車両Ａは、走行経路Ｂの直線部はもちろん、カーブにおいても円滑且つ安定に走行経路Ｂに沿って走行する。
【００５９】
すなわち、操舵制御量δを求める式（１）の右辺のＰ（Ｖ，１／Ｒｎ）・εy 、Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）∫εy dtは、それぞれ変位量εy の比例項、積分項であり、基本的には、変位量εy を減少させて車両Ａを走行経路Ｂ上に追従させる機能を有し、これにより車両Ａはその中心部が走行経路Ｂ上に変位するように操舵される。この場合、車速Ｖが比較的大きい状態で、車両Ａを走行経路Ｂ上に急激に変位させるようにすると、大きな横方向加速度が生じるが、比例項の係数Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）や積分項の係数Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）は、それぞれ前述のように車速Ｖが大きい程、小さくなるので、車両Ａの急激な変位が抑制され、円滑に走行経路Ｂ上に車両Ａを変位させることができる。
【００６０】
また、車両Ａの前方の曲率１／Ｒｎが大きくなると、係数Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）や係数Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）が大きくなるため、カーブでの走行経路Ｂへの車両Ａの追従性が高まり、車両Ａがカーブで外側にはみ出してしまうような事態が回避される。
【００６１】
さらに、走行経路Ｂの直線部（曲率１／Ｒｎが約０の箇所）では、積分項の値が大きいと、車両Ａの走行位置が走行経路Ｂに対して振動を生じやすいが、係数Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）は十分に小さなものとなるため、積分項の値も十分に小さなものとなり、車両Ａの走行経路Ｂ上への追従性が安定する。
【００６２】
また、式（１）の右辺のＰ’（Ｖ，１／Ｒｎ）・θは、角度誤差θの比例項であり、基本的には、角度誤差θを減少させて、車両Ａの進行方向を走行経路Ｂの方向に向かわせる機能を有する。この場合、車速Ｖが比較的大きい状態では、係数Ｐ’（Ｖ，１／Ｒｎ）が小さくなるので、車両Ａの過大な進行方向の変化が抑制され、車両Ａの進行方向の走行経路Ｂへの追従が安定して円滑に行われる。
【００６３】
さらに走行経路Ｂの曲率１／Ｒｎの大きなカーブでは、係数Ｐ’（Ｖ，１／Ｒｎ）が大きくなるので、車両Ａの進行方向の走行経路Ｂへの追従性が高まり、該走行経路Ｂに沿うようにして円滑にカーブを曲がることができる。
【００６４】
このように本参考例の操舵制御によれば、車両Ａの現在の車速Ｖや走行経路Ｂに対する変位量εy だけでなく、車両前方の走行経路Ｂの曲率１／Ｒｎや車両Ａの進行方向の走行経路Ｂに対する角度誤差θを考慮して操舵制御量δを決定し、そのδにより車両Ａを操舵制御することで、走行経路Ｂの直線部はもちろん、カーブにおいても円滑且つ安定に走行経路Ｂに追従して走行することができる。
【００６５】
そして、この場合、操舵制御量δを決定する上で必要な変位量εy 及び角度誤差θは、磁気センサ１，１による磁気ネイルＣの磁気的な検出に基づいて求められ、また、車両前方の走行経路Ｂの曲率１／Ｒｎは、ＬＣＸケーブルＤとの通信によって得らるので、それらの変位量εy 、角度誤差θ、曲率１／Ｒｎのデータを天候条件等によらずに精度良く取得することができる。従って、それらのデータを用いて求めた操舵制御量δによって車両Ａの操舵を行うことで、天候条件等によらずに的確に車両Ａを走行経路Ｂに沿わせて走行することができる。
【００６６】
次に、図２のシステム構成を有する車両Ａの操舵制御アルゴリズムの実施形態を図３及び図４を参照して説明する。
【００６７】
本実施形態では、図３のステップ１からステップ９，９ａまでの処理が前記参考例と全く同様に行われるので、これらの処理の説明は省略する。
【００６８】
尚、この場合、ステップ８では、ＬＣＸケーブルＤから与えられた曲率情報を基に、車両の現在位置における走行経路Ｂの曲率と、車両Ａが現在の走行状態で走行した場合に前記予見時間Ｔpre （１．３秒）後に到達すると予測される地点に対応した箇所（現在位置に対応する走行経路Ｂ上の地点からＶ・Ｔpre の距離だけ走行経路Ｂ上を前方に進行した地点）での走行経路Ｂの曲率１／Ｒn+1 （図４参照）を特定する。
【００６９】
本実施形態では、ステップ１０において、ナビゲーション装置６が、車両Ａの現在位置（図４のａ地点）から現在の走行状態で走行した場合に前記予見時間Ｔpre （１．３秒）後に車両Ａが到達すると予想される地点（図４のｂ地点）における車両Ａの進行方向（図４のｂ’線の方向）と、車両Ａを現在の走行状態で現在位置から走行経路Ｂ上を走行させた場合に、予見時間Ｔpre 後に到達すべき走行経路Ｂ上の位置（車両Ａの現在位置に対応する走行経路Ｂ上の地点から、前方にＶ・Ｔpre の距離だけ離間した地点。図４のｃ地点）における走行経路Ｂの方向（図４のｃ’線の方向）とのなす角度を予見角度θpre として求める。具体的には、図４を参照して、車両Ａの進行方向を、現在の進行方向から、予見時間Ｔpre 後の地点ｃにおける走行経路Ｂの方向に変化させるのに要する車両Ａの旋回角度（図４のａ’線とｃ’線とのなす角度）を目標旋回角度θtar としたとき、予見角度θpre は、次式により算出する。
【００７０】
θpre ＝θtar −（γ・Ｔpre ）
ここで、γは前記ステップ４で得られた車両Ａの現在のヨーレートであり、（γ・Ｔpre ）の項は、車両Ａが現在のヨーレートで走行した場合に、予見時間Ｔpre の期間で車両Ａの進行方向が現在の進行方向から変化する角度（図４のａ''線とｂ’線とのなす角度）を示している。
【００７１】
また、上式中の目標旋回角度θtar は、例えば次のように求められる。すなわち、前記ステップ７で得られた車両Ａの前方の走行経路Ｂの地図データを、車両Ａの現在位置における進行方向（図４のａ’線）を例えばｙ軸、車幅方向をｘ軸とした座標上に変換する。すなわち、走行経路Ｂの地図データを車両ａを基準とした座標系で表す。そして、その座標上において、車両Ａの現在位置に対応する走行経路Ｂ上の地点から、前方に走行経路Ｂに沿ってＶ・Ｔpre の距離だけ離間した地点ｃを求め、その地点ｃにおける走行経路Ｂのｙ軸（車両Ａの進行方向）に対する方位角を走行経路Ｂの座標データにより求めることで、目標旋回角度θtar が得られる。
【００７２】
尚、本実施形態では予見時間Ｔpre を実験的データに基づいて１．３秒に設定したが、車両の種類や性能等によって適切に設定することが好ましい。
【００７３】
このようにして求めた予見角度θpre を用いて、本実施形態ではステップ１１において、次式（２）により操舵制御量δを求め、さらに、ステップ１２において、求めた操舵制御量δに従ってステアリングの操作を行う。
【００７４】
δ＝Ｐ（Ｖ，１／Ｒ0 ）・εy ＋Ｐ’（Ｖ，１／Ｒ0 ）・θ＋Ｃ（Ｖ）・θpre ＋ａ・（１／Ｒn+1 ）＋ｂ・γ……（２）
ここで、Ｖは現在の車速、１／Ｒ0 は現在位置における走行経路Ｂの曲率、１／Ｒn+1 は、予見時間Ｔpre 後における走行経路Ｂの曲率であり、Ｐ（Ｖ，１／Ｒ0 ）及びＰ’（Ｖ，１／Ｒ0 ）は、それぞれ、前記式（１）のＰ（Ｖ，１／Ｒn ）及びＰ’（Ｖ，１／Ｒn ）と同様にして、車速Ｖ及び現在位置の曲率１／Ｒ0 に応じて定められた関数である。
【００７５】
また、Ｃ（Ｖ）は、車速Ｖが大きくなる程、値が小さくなるように定められた関数で、例えばＣ（Ｖ）＝Ｖ0 ／Ｖ（但し、Ｖ0 は式（１）と同様）とされている。また、ａは、実験的に定めた正の定数、ｂは実験的に定めた負の定数である。このような式（２）により求めた操舵制御量δ（操舵角値）によりステアリング操作を行うことにより、車両Ａは、前記参考例と同様に、走行経路Ｂの直線部はもちろん、カーブにおいても円滑且つ安定に走行経路Ｂに沿って走行する。
【００７６】
すなわち、式（２）の右辺のＰ（Ｖ，１／Ｒ0 ）・εy 、Ｐ’（Ｖ，１／Ｒ0 ）・θはそれぞれ変位量εy 及び角度誤差θの比例項（フィードバック制御項）で、前記式（１）の比例項と同様の機能を有し、それぞれ基本的には、変位量εy 及び角度誤差θを減少させるように機能する。この場合、車速Ｖが大きい程、Ｐ（Ｖ，１／Ｒ0 ）、Ｐ’（Ｖ，１／Ｒ0 ）の値が小さくなるので、高速走行中の横方向の安定性が高まる。また、車両Ａの現在位置における曲率１／Ｒ0 が大きくなる程、Ｐ（Ｖ，１／Ｒ0 ）、Ｐ’（Ｖ，１／Ｒ0 ）の値が大きくなるので、カーブにおける車両Ａの走行経路Ｂに対する位置や方向の追従性が高まる。
【００７７】
また、式（２）のＣ（Ｖ）・θpre は、予見時間Ｔpre 後の予見角度θpre 、すなわち、将来的に予測される車両Ａの進行方向と走行経路Ｂの方向との角度誤差に基づくフィードフォワード制御項で、車両Ａのカーブでの走行経路Ｂに対する追従性をより一層向上させると共に、車両Ａの挙動も安定させるという機能を有する。すなわち、将来的に予測される角度誤差を前もって吸収するように機能する。
【００７８】
また、式（２）のａ・（１／Ｒn+1 ）は、車両Ａの前方の曲率１／Ｒn+1 のカーブを曲がるために必要な基本的な操舵角を規定するフィードフォワード制御項である。
【００７９】
また、式（２）のｂ・γは、ヨーレートγのフィードバック制御項で、過大なヨーレートが発生するのを抑制する機能を有する。
【００８０】
これにより、本実施形態によれば、車両Ａの現在の車速Ｖや走行経路Ｂに対する変位量εy だけでなく、車両前方の走行経路Ｂの曲率１／Ｒn+1 や車両Ａの将来的に予測される走行経路Ｂに対する角度誤差、ヨーレートγ等を考慮して操舵制御量δを決定し、そのδにより車両Ａを操舵制御することで、走行経路Ｂの直線部はもちろん、カーブにおいても円滑且つ安定に走行経路Ｂに追従して走行することができる。
【００８１】
そして、この場合、操舵制御量δを決定する上で必要な変位量εy 及び角度誤差θは、磁気センサ１，１による磁気ネイルＣの磁気的な検出に基づいて求められ、また、車両前方の走行経路Ｂの曲率１／Ｒn+1 及び車両Ａの現在位置における走行経路Ｂの曲率１／Ｒ0 は、ＬＣＸケーブルＤとの通信によって得らるので、それらのデータを天候条件等によらずに精度良く取得することができる。従って、それらのデータを用いて求めた操舵制御量δによって車両Ａの操舵を行うことで、天候条件等によらずに的確に車両Ａを走行経路Ｂに沿わせて走行することができる。
【００８２】
図７に本実施形態による操舵制御を用いた自動走行車を５０ｋｍ／ｈの車速で半径１４０Ｒのカーブを実際に走行させた場合に、車両の中心部と所要の走行経路との間に生じた変位量εy の測定データを示す。同図に見られるように、所要の走行経路と車両の実際の走行経路との偏差は十分に小さく（最大で１５ｃｍ程度）、しかもその大きさも平坦に抑えられている。このことから、本実施形態のステアリンング制御を行うことで、カーブにおいても車両を円滑且つ安定に所要の走行経路に追従させて走行させることができることが判る。
【００８３】
ところで、以上説明したステアリング制御の実施形態では、操舵制御量δを求めるための走行経路Ｂの曲率をＬＣＸケーブルＤとの通信によって得られた曲率情報に基づき特定したが（本発明の第１の態様に対応する）、ＬＣＸケーブルＤの曲率情報を用いずに車両Ａに備えた前記地図データ（図６参照）を用いて、操舵制御量δを求めるための走行経路Ｂの曲率を求めることも可能である（これは本発明の第２の態様に対応する）。
【００８４】
すなわち、前記地図データの走行経路Ｂはその各所の地図データ上における位置が判っているので、その位置データを用いることで、数学的な演算により走行経路Ｂの各所の曲率を求めることができる。例えば、図６のＸ−Ｙ座標系において、走行経路Ｂを表す関数をＹ＝Ｆ（Ｘ）とし、dY/dX ＝Ｆ’、d2Y/dX2 ＝Ｆ''と定義したとき、走行経路Ｂの各所における曲率１／Ｒは数学的に、次式により求められる。
【００８５】
１／Ｒ＝Ｆ''／［１＋（Ｆ’）2 ］3/2
従って、操舵制御量δを求めるための走行経路Ｂの曲率を、地図データから直接的に求めることができる。
【００８６】
そこで、この場合には、前記実施形態において、図３のステップ１の処理を省略し、ステップ８において、ステップ７で切り出した地図データを基に、操舵制御量δを求めるための走行経路Ｂの曲率を上記のような演算によって求めて特定する。
【００８７】
このようにした場合でも、操舵制御量δを求めるための走行経路Ｂの曲率は、地図データを用いることで、天候条件等によらずに精度よく求めることができるので、前述のようにＬＣＸケーブルＤの曲率情報を用いた場合と同様の作用効果を奏する。
【００８８】
尚、以上説明した実施形態では、経路マーカとして磁気ネイルＤを用いたものを示したが、経路マーカとして例えば白線等の色覚的なものを使用し、それを車両側に備えた光学的センサにより検出するようにすることも可能である。
【００８９】
また、前述の実施形態では、走行情報提供設備としてＬＣＸケーブルを用いたが、例えば道路に沿って間隔を存して設置した通信施設等を用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における車両の走行形態を示す説明図。
【図２】図１の車両のシステム構成図。
【図３】図１の車両の操舵制御を説明するためのフローチャート。
【図４】図１の車両の操舵制御を説明するための説明図。
【図５】図１の車両の操舵制御を説明するための説明図。
【図６】図１の車両の操舵制御に用いる地図データを示す説明図。
【図７】実施形態における実験結果を示す線図。
【符号の説明】
Ａ…車両、Ｂ…走行経路、Ｃ…磁気ネイル（経路マーカ）、Ｄ…漏洩同軸ケーブル（走行情報提供設備）、１…磁気センサ（マーカセンサ）、２…ＬＣＸ情報受信機、３…ヨーレートセンサ、５…車輪回転速度センサ、６…ナビゲーション装置、８…通信制御装置、９…横方向制御装置、１０…電子制御パワーステアリングアクチュエータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般道路や高速道路において、ドライバーの運転をアシストし、車両を所要の走行経路に沿って走行させるように自動操舵を行う自動ステアリング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、道路の車両を走行させるべき走行経路に沿って磁気ネイル等の経路マーカを配列しておくと共に、その経路マーカを検出するマーカセンサを車両に設け、走行時にマーカセンサによる経路マーカの検出出力に基づき車両の時々刻々の現在位置における走行経路との位置関係（車両の走行経路に対する横ずれ量等）を把握しつつ、車両を走行経路に沿って走行させるように車両の自動操舵を行って自動走行を行うシステムが提案されている。
【０００３】
この場合、従来のシステムでは、車両の操舵制御量（ステアリングの操舵角の値）をδ、現在の走行位置における車両の走行経路からの横方向のずれ量をεy 、車両の現在の車速をＶとした場合、次式により操舵制御量δを決定し、その決定した制御量δに従ってステアリング操作をアクチュエータにより行うようにしていた。
【０００４】
δ＝Ｐ（Ｖ）・εy ＋Ｉ（Ｖ）・∫εy dt
ここで、Ｐ（Ｖ）・εy は比例積分制御の比例項を示し、係数Ｐ（Ｖ）は、車速Ｖに応じてあらかじめ定めた関数値である。また、Ｉ（Ｖ）・∫εy dtは積分項を示す、係数Ｉ（Ｖ）は、車速Ｖに応じてあらかじめ定めた関数値である。
【０００５】
このような操舵制御によって、車両の走行経路からの横方向のずれ量εy が解消するようにステアリング操舵がなされる。
【０００６】
しかしながら、このような制御手法では、車両の現在の車速Ｖや、走行経路に対する現在の横ずれ量εy によってのみ、車両の操舵量を決定するため、その誤差が蓄積し易く、所要の走行経路から車両が逸脱したり、走行経路に対して車両が大きく蛇行する等の不都合を生じやすい。特に、６０ｋｍ／ｈ以上、望ましくは１００ｋｍ／ｈ以上の高速で車両を走行させようとした場合に、カーブの入口付近では、車両を走行経路に沿わせるための車両の操舵制御の追従性が低下し、所要の走行経路に車両を的確に沿わせることが困難となるばかりか、隣の車線に車両がはみ出してしまうというような事態も生じる虞れがある。また、カーブの入口付近では、車両の走行経路に対する横ずれ量εy が急激に大きくなるため、操舵制御量が急変し、ステアリング操作の急変を生じる虞れもある。
【０００７】
このような不都合を解決するため、ＣＣＤカメラを車両に搭載して車両の前方の道路形状（道路の曲がり具合等）を認識し、その認識した道路形状に合わせた操舵制御を行って、高速での自動走行を可能としようとするシステムが提案されている。
【０００８】
しかしながら、この手法では、操舵制御を的確に行うためには、ＣＣＤカメラにより、いかに正確に車両前方の道路形状を認識できるかに依存するものの、雨や雪等の悪天候の下では、ＣＣＤカメラの撮像能力は著しく低下し、これに伴って、車両前方の道路形状を正しく認識することが困難となる。従って、雨や雪等の悪天候の下では、的確な操舵制御を行うことが困難となる。
【０００９】
この場合、悪天候においても、前方の道路形状を精度よく認識するために赤外線カメラを用いることが考えられるが、赤外線カメラは一般に高価であると共に、システムが大がかりなものとなりやすく、このような赤外線カメラシステムを車両に備えることは適切でない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑み、天候条件や道路形状等によらずに車両の高速走行を可能としつつ車両を所要の走行経路に確実且つ的確に沿わせつつ自動走行を行うことができる自動ステアリング制御装置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】
かかる目的を達成するために本発明の第１の態様は、あらかじめ経路マーカが付設された所定の走行経路に沿って車両が走行するよう該車両の自動操舵を行う自動ステアリング制御装置において、前記走行経路の地図データを保持する手段と、車両に備えたマーカセンサにより前記経路マーカを検出し、その検出出力に基づき車両の現在の走行位置における前記走行経路との位置関係を逐次求める手段と、少なくとも該車両の前記走行経路との時々刻々の位置関係及び前記地図データとに基づき該地図データ上における車両の走行位置を逐次把握する手段と、前記地図データ上における走行経路の各所の曲率情報を車両外部に設けられた走行情報提供設備との通信により取得する手段と、該走行情報提供設備から与えられる走行経路の曲率情報に基づき、前記把握した車両の現在の走行位置の前方における走行経路の曲率情報を取得する手段と、車両の現在の走行位置から現在の走行状態で走行した場合における所定時間後の車両の進行方位と、該所定時間後の車両の走行位置に対応する走行経路上の地点における該走行経路の方位との偏差角度を予見角度として求める手段と、少なくとも前記取得した車両の前方の走行経路の曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の前記走行経路との現在の位置関係と、前記予見角度とに基づき車両の操舵制御量を決定する手段とを備え、前記車両の走行経路との位置関係は、車両の中心部の走行経路に対する横方向偏差と、車両の進行方向の走行経路に対する方位角偏差とを含み、前記操舵制御量を決定する手段は、車両の前方の走行経路の曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の現在の横方向偏差と、車両の現在の方位角偏差とに基づいて、前記横方向偏差と前記方位角偏差とを減少させるように前記操舵制御量を決定するとともに、前記車両の現在の車速と前記予見角度とに基づいて、前記予見角度を減少させるように前記操舵制御量を決定することを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明の第１の態様によれば、前記マーカセンサによる前記経路マーカの検出出力により得られる車両の走行経路に対する時々刻々の位置関係のデータを用いて、車両で保持した地図データ上における車両の現在の走行位置を逐次把握する。このとき、前記車両の走行経路に対する位置関係は、車両の中心部の走行経路に対する横方向偏差と、車両の進行方向の走行経路に対する方位角偏差とを含む。また、前記走行情報提供設備から、前記走行経路の各所の曲率情報が通信により車両側に与えられる。そして、この与えられた曲率情報に基づいて、前記把握した車両の現在の走行位置の前方における走行経路の曲率情報を取得する。さらに、車両の現在の走行位置から現在の走行状態で走行した場合における所定時間後の車両の進行方位と、該所定時間後の車両の走行位置に対応する走行経路上の地点における該走行経路の方位との偏差角度を予見角度として求める。そして、前記取得した曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の現在の横方向偏差と、車両の現在の方位角偏差とに基づいて、前記横方向偏差と前記方位角偏差とを減少させるように車両の操舵制御量を決定するとともに、前記車両の現在の車速と前記予見角度とに基づいて、前記予見角度を減少させるように前記操舵制御量を決定する。これにより、車両の現在の車速や車両の走行経路との現在の位置関係のみならず、車両前方の走行経路の曲率（曲がり具合）を考慮した車両の操舵制御が行われることとなる。
【００１３】
この場合、この操舵制御に際して必要な車両の走行経路との現在の位置関係は、車両の走行位置における前記マーカセンサによる経路マーカの検出出力に基づいて求められるので、比較的精度よく車両の走行経路との位置関係を求めることが可能であり、さらに、この位置関係の時々刻々のデータと車両に保持した走行経路の地図データとを用いて、車両の走行位置も比較的精度よく把握することが可能となる。また、車両前方の曲率情報は、走行情報提供設備との通信によって得られるものであるため、天候条件等の影響を受けずに精度のよい曲率情報を取得することが可能となる。
【００１４】
従って、本発明の第１の態様によれば、天候条件や道路形状等によらずに車両の高速走行を可能としつつ車両を所要の走行経路に確実且つ的確に沿わせつつ自動走行を行うことが可能となる。
さらに、所定時間後の将来的な車両の進行方位と走行経路の方位との偏差角度を予見角度として予測し、車両の操舵制御量を決定する際に、前記予見角度を前もって減少させるように、前記予見角度を加味することで、より円滑に走行経路に沿った車両の走行を行うことが可能となる。
【００１５】
尚、前記走行情報提供設備は、例えば前記走行経路に沿って道路に設置された漏洩同軸ケーブルである。
【００１６】
また、本発明の第２の態様は、前記の目的を達成するために、あらかじめ経路マーカが付設された所定の走行経路に沿って車両が走行するよう該車両の自動操舵を行う自動ステアリング制御装置において、前記走行経路の地図データを保持する手段と、車両に備えたマーカセンサにより前記経路マーカを検出し、その検出出力に基づき車両の現在の走行位置における前記走行経路との位置関係を逐次求める手段と、少なくとも該車両の前記走行経路との時々刻々の位置関係及び前記地図データとに基づき該地図データ上における車両の走行位置を逐次把握する手段と、その把握した車両の現在の走行位置の前方における走行経路の曲率情報を前記地図データから取得する手段と、車両の現在の走行位置から現在の走行状態で走行した場合における所定時間後の車両の進行方位と、該所定時間後の車両の走行位置に対応する走行経路上の地点における該走行経路の方位との偏差角度を予見角度として求める手段と、少なくとも前記取得した車両の前方の走行経路の曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の前記走行経路との現在の位置関係と、前記予見角度とに基づき車両の操舵制御量を決定する手段とを備え、前記車両の走行経路との位置関係は、車両の中心部の走行経路に対する横方向偏差と、車両の進行方向の走行経路に対する方位角偏差とを含み、前記操舵制御量を決定する手段は、車両の前方の走行経路の曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の現在の横方向偏差と、車両の現在の方位角偏差とに基づいて、前記横方向偏差と前記方位角偏差とを減少させるように前記操舵制御量を決定するとともに、前記車両の現在の車速と前記予見角度とに基づいて、前記予見角度を減少させるように前記操舵制御量を決定することを特徴とする。
【００１７】
かかる本発明の第２の態様によれば、前記第１の態様と全く同様に、前記マーカセンサによる前記経路マーカの検出出力により得られる車両の走行経路に対する時々刻々の位置関係のデータを用いて、車両に保持した地図データ上で、車両の現在の走行位置が逐次把握される。このとき、前記車両の走行経路に対する位置関係は、車両の中心部の走行経路に対する横方向偏差と、車両の進行方向の走行経路に対する方位角偏差とを含む。そして、その把握した車両の現在の走行位置の前方における走行経路の曲率情報を前記地図データから取得する。さらに、車両の現在の走行位置から現在の走行状態で走行した場合における所定時間後の車両の進行方位と、該所定時間後の車両の走行位置に対応する走行経路上の地点における該走行経路の方位との偏差角度を予見角度として求める。そして、前記取得した曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の現在の横方向偏差と、車両の現在の方位角偏差とに基づいて、前記横方向偏差と前記方位角偏差とを減少させるように車両の操舵制御量を決定するとともに、前記車両の現在の車速と前記予見角度とに基づいて、前記予見角度を減少させるように前記操舵制御量を決定する。これにより、車両の現在の車速や車両の走行経路との現在の位置関係のみならず、車両前方の走行経路の曲率（曲がり具合）を考慮した車両の操舵制御が行われることとなる。
【００１８】
この場合、第１の態様と同様に、この操舵制御に際して必要な車両の走行経路との現在の位置関係は、車両の走行位置における前記マーカセンサによる経路マーカの検出出力に基づいて求められるので、比較的精度よく車両の走行経路との位置関係を求めることが可能であり、さらに、この位置関係の時々刻々のデータと車両に保持した走行経路の地図データとを用いて、車両の走行位置も比較的精度よく把握することが可能となる。また、車両前方の曲率情報は、車両に保持した地図データに基づいて得られるものであるため、天候条件等の影響を受けずに精度のよい曲率情報を取得することが可能となる。
【００１９】
従って、本発明の第２の態様によっても、天候条件や道路形状等によらずに車両の高速走行を可能としつつ車両を所要の走行経路に確実且つ的確に沿わせつつ自動走行を行うことが可能となる。
さらに、第１の態様と同様に、所定時間後の将来的な車両の進行方位と走行経路の方位との偏差角度を予見角度として予測し、車両の操舵制御量を決定する際に、前記予見角度を前もって減少させるように、前記予見角度を加味することで、より円滑に走行経路に沿った車両の走行を行うことが可能となる。
【００２０】
かかる本発明の第１及び第２の態様では、前記経路マーカは前記走行経路に沿って間隔を存して道路に配列された磁気発生源であり、前記マーカセンサは磁気センサであることが好ましい。このようにすることで、磁気発生源の検出を天候条件のみならず、道路の汚れ等の影響も受けずに行うことが可能となり、ひいては、車両の走行経路に対する位置関係をより確実に把握することが可能となる。
【００２２】
また、前記車両の走行位置を把握する手段は、より具体的には、車両の車速及びヨーレートに基づき車両の走行軌跡を逐次求める手段を含み、その求めた走行軌跡と、前記車両の前記走行経路との時々刻々の位置関係と、該走行経路の前記地図データとから該地図データ上における車両の現在の走行位置を把握する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
【００２６】
本実施形態における操舵制御アルゴリズムは、複数の車両が適正な車間距離を保持しつつ追従走行を行う所謂プラトーン走行において、各車両の操舵制御を行う場合のみならず、さらには、一台の車両が単独で走行する場合の操舵制御にも用いることができるものである。
【００２７】
図１は本実施形態における車両の走行状態を示している。
【００２８】
本実施形態の走行システムでは、同図に示すように、道路の車両Ａを走行させるべき経路としてあらかじめ定められた所要の走行経路Ｂ上において、経路マーカとしての磁気ネイルＣが等間隔で埋め込まれて配列され、また、路側には走行情報提供設備としての漏洩同軸ケーブルＤ（ＬＣＸケーブル）が設置されている。この漏洩同軸ケーブルＤは、走行経路Ｂ上を走行する車両Ａに、例えば走行経路Ｂの各所における曲率情報や路面状態情報、速度指令情報等を送信する。また、車両Ａには、その前部及び後部の下面部に、それぞれその下方に位置した磁気ネイルＣの磁気を検出する磁気センサ１，１が備えられている。車両Ａは、これらの磁気センサ１，１の検出データや漏洩同軸ケーブルＤから与えられる情報等に基づいて、車両Ａの車速制御や操舵制御を行いつつ走行経路Ｂに沿って自動走行する。尚、各磁気センサ１は、その下方に磁気ネイルＣが位置したとき、車両Ａの車幅方向の中心線Ｘに対する該磁気ネイルＣの車幅方向での変位量ｄf ，ｄr に応じた信号、換言すれば、車両Ａの前部及び後部のそれぞれの箇所での走行経路Ｂに対する車両Ａの横方向の変位量ｄf ，ｄr に応じた信号を出力する。
【００２９】
上記のような走行経路Ｂ上を走行する車両Ａは、その走行を行うために図２のブロック図に示すシステム構成を具備している。
【００３０】
すなわち、車両Ａは、前記磁気センサ１，１の他、ＬＣＸケーブルＤから送信される走行経路Ｂの曲率情報等を受信するＬＣＸ情報受信機２と、車両Ａに生じたヨーレートを検出するヨーレートセンサ３と、車両Ａの進行方向の加速度を検出する加速度センサ４と、車両Ａの車速や走行距離を検出するための車輪回転速度センサ５と具備する。
【００３１】
また、車両Ａは、自車の走行軌跡や走行経路Ｂに対する位置関係を逐一計算して、後述の地図データ上における自車の走行位置を求めるナビゲーション装置６と、自車の制御計画を演算する制御計画処理装置７と、ＬＣＸ情報送受信機２を介したＬＣＸケーブルＤとの通信や、走行経路Ｂ上を走行する車両間での各車両の走行状態を示す情報の通信を制御する通信制御装置８と、ナビゲーション装置６の出力データ等に基づき自車のステアリングの操舵制御量を演算する横方向制御装置９と、横方向制御装置９が演算した操舵制御量に従って車両の操舵を行う電子制御パワーステアリング・アクチュエータ１０とを具備する。尚、制御計画処理装置７は、走行経路Ｂ上における自車の車速計画を作成する車速計画装置１１と、この作成された車速計画等に従って自車の速度制御量を演算する車速制御装置１２とを具備し、車速制御装置１２は、演算した速度制御量により、ブレーキ制御アクチュエータ１３やスロットル制御アクチュエータ１４を制御する。また、ナビゲーション装置６、通信制御装置８、横方向制御装置９、車速計画装置１１、及び車速制御装置１２は、いずれも各々に演算処理装置（ＣＰＵ）を具備し、適宜、相互にデータの授受がなされるようになっている。
【００３２】
次に、本発明の実施形態をより具体的に説明する前に、図２のシステム構成を有する車両Ａの操舵制御アルゴリズムの参考例（本発明の実施形態に関連した参考例）を図３乃至図６を参照して説明する。図３は操舵制御のフローチャート、図４乃至図６は動作説明図を示している。図４においては、ａは時刻ｔ＝０（今現在）における車両Ａの実際の走行位置、ｂは現在の走行状態で走行した場合にあらかじめ定めた予見時間Ｔpre （１．３秒）後に到達すると推定される車両Ａの走行位置、ｃは走行経路Ｂ上における予見時間Ｔpre （１．３秒）後の車両Ａの予定走行位置、ａ’は今現在の車両Ａの実際の進行方向、ａ''はａ’との平行線、ｂ’は予見時間Ｔpre （１．３秒）の車両Ａの推定位置ｂにおける予想進行方向、ｂ''はｂ’との平行線である。さらに、ｃ’は予見時間Ｔpre 後の走行経路Ｂ上の予定走行位置ｃにおける進行方向（予定走行位置ｃにおける走行経路Ｂの接線）、ｃ''はｃ’との平行線である。また、Ｒｎは例えば０．８〜１．２秒の範囲で定められた所定時間Ｔ（例えば１秒）後の車両Ａの走行位置における走行経路Ｂの旋回半径（曲率の逆数）、Ｒn+1 は予見時間Ｔpre 後の走行経路Ｂ上の予定走行位置ｃにおける走行経路Ｂの旋回半径（曲率の逆数）である。またεy は車両Ａの中心部の走行経路Ｂに対する横方向の変位量（横方向偏差）、θは車両Ａの現在位置において車両Ａの進行方向と走行経路Ｂとのなす角度誤差（方位角偏差）である。尚、参考例では、前記予見時間Ｔpre や、その予見時間Ｔpre 後の走行経路Ｂの旋回半径Ｒn+1 は使用せず、これらは、後述の実施形態において使用するものである。
【００３３】
図３を参照して本参考例では、時刻ｔ＝０における車両Ａの現在位置では、まず、ステップ１において、前記通信制御装置８により、ＬＣＸケーブルＤからＬＣＸ情報送受信機２を介して車両Ａの前方を含む走行経路Ｂの所要の区間の各所における曲率情報を受信して、それを図示しないメモリに記憶保持する。
【００３４】
ステップ２においては、車両Ａの前後の各磁気センサ１により検出される該磁気センサ１の下方に位置した磁気ネイルＣの検出データをメモリに記憶保持する。この検出データは、各磁気センサ１の箇所における車両Ａの走行経路Ｂに対する横方向の変位量を示すデータであり、前記ナビゲーション装置６に与えられる。
【００３５】
ステップ３においては、ナビゲーション装置６が、ステップ２において取り込まれた車両Ａの前後の両磁気センサ１，１の検出データから、車両Ａの中心部の走行経路Ｂに対する横方向の変位量εy と、車両Ａの進行方向と走行経路Ｂとのなす角度誤差θ（図１及び図４参照）とを求める。これらの変位量εy や角度誤差θは、各磁気センサ１，１の箇所における車両Ａの走行経路Ｂに対する横方向の変位量ｄf ，ｄr （各磁気センサ１，１の検出データ。図１参照）から、磁気センサ１，１の間隔、該磁気センサ１，１と車両中心部との位置関係等に応じた幾何学的な所定の演算により算出される。
【００３６】
具体的には、例えば図１を参照して、車両Ａの進行方向に向かって車両中心線Ｘよりの左側を各磁気センサ１，１により検出される変位量ｄf ，ｄr の正方向、車両中心線Ｘよりも右側を負方向としたとき、図１の状態では、ｄf ＞０、ｄr ＜０で、このとき、角度誤差θは磁気センサ１，１の間隔をＬとすると、次式により算出される。
【００３７】
θ＝ｔａｎ-1［（ｄf −ｄr ）／Ｌ］
また、車両Ａの中心部（本参考例では、磁気センサ１，１の間の中央点）の変位量εy は、次式により算出される。
【００３８】
εy ＝（ｄf ＋ｄr ）／２
ステップ４では、前記車輪回転速度センサ５の出力により、現在の車速が制御計画処理装置７により演算され、その演算された車速と、ヨーレートセンサ３により検出された車両Ａのヨーレートとがナビゲーション装置６に取り込まれてメモリに記憶保持される。
【００３９】
ステップ５では、ナビゲーション装置６において、ステップ４で取り込まれた車両Ａの車速とヨーレートとを用いて自車の走行軌跡が算出され、さらにステップ３で求められた車両Ａの中心部の変位量εy に基づき、自車の走行軌跡に対する走行経路Ｂの位置関係が算出される。
【００４０】
さらに詳細には、図５を参照して、本参考例では、例えば車両Ａの自動走行を開始したスタート地点を基準としてｘ−ｙ座標（ｘ軸：スタート地点における車幅方向、ｙ軸：スタート地点における車長方向）が設定され、そのスタート地点から検出されたヨーレートが前記ステップ４で取り込まれる毎に積分していくことで、このｘ−ｙ座標における車両Ａの進行方位角θx （車両の進行方向とｘ軸とのなす角度）を逐一算出する。尚、この進行方位角θx を算出するに際しては、車両Ａの操舵量が比較的大きい場合に生じる所謂、横滑り角（車両の実際の進行方向と車両の前後方向とのなす角度）を加味してもよい。
【００４１】
そして、この進行方位角θx と、ステップ４でヨーレートと共に取り込まれた車速Ｖとから次の積分演算を行っていくことで、ｘ−ｙ座標における車両Ａの座標成分（ｘt ，ｙt ）を逐一算出し、それにより、図５に示すような自車の走行軌跡Ｋを求める。
【００４２】
ｘt ＝∫Ｖ・ｃｏｓθx dt
ｙt ＝∫Ｖ・ｓｉｎθx dt
さらに、ステップ３で取り込まれた車両Ａの中心部の変位量εy により、走行軌跡Ｋ上の各車両位置（ｘt ，ｙt ）に対応する走行経路Ｂの座標成分（ｘb ，ｙb ）を走行軌跡Ｋの算出と並行して逐一求め、それにより、ｘ−ｙ座標における走行経路Ｂの位置を求める。この場合、走行経路Ｂの座標成分（ｘb ，ｙb ）は、走行軌跡Ｋ上の各車両位置（ｘt ，ｙt ）から車幅方向に変位量εy だけずらした点の座標成分である。
【００４３】
次いで、ステップ６では、ナビゲーション装置６においてあらかじめＣＤ−ＲＯＭ等の電子地図媒体に保持された走行経路Ｂの地図データ（磁気ネイルＣの点列データ）と、ステップ５で前述の如くｘ−ｙ座標で求められた車両Ａの走行軌跡Ｋ及び走行経路Ｂとを照合してマップマッチングを行うことにより、地図データ上での車両Ａの現在の走行位置を求める。
【００４４】
さらに詳細には、図６を参照して、上記地図データは、例えば地図上の特定の地点（例えば走行経路Ｂの開始地点）、あるいは特定の経度・緯度の値を有する地点を基準とした設定されたＸ−Ｙ座標における走行経路Ｂの位置データ（磁気ネイルＣの点列の位置データ）として表されている。そして、この地図データの走行経路Ｂとｘ−ｙ座標で求められた走行経路Ｂとが一致するようにして、ｘ−ｙ座標で求められた走行軌跡Ｋを地図データのＸ−Ｙ座標に座標変換し、これにより地図データ上における（Ｘ−Ｙ座標における）車両Ａの現在位置（Ｘt ，Ｙt ）を特定する。
【００４５】
尚、上記のような地図データは、例えば走行経路Ｂの所定の区域毎に、ＬＣＸケーブルＤとの通信により該ＬＣＸケーブルＤから受け取って、適宜の記憶装置に保持しておくようにしてもよい。
【００４６】
ステップ７では、ナビゲーション装置６により、上記のように地図データ上で特定された車両Ａの現在位置（Ｘt ，Ｙt ）に基づいて、その前方の走行経路Ｂの地図データを例えば現在位置から前方５００ｍまでの範囲で切り出し、それをメモリに保持する。
【００４７】
ステップ８では、車両Ａの現在位置（Ｘt ，Ｙt ）と、前記ステップ１においてＬＣＸケーブルＤとの通信により取得した走行経路Ｂの各所における曲率情報とを基に、車両Ａが現在の走行状態で走行した場合に前記所定時間Ｔ秒（例えば１秒）後に到達すると予測される地点に対応した箇所（現在位置に対応する走行経路Ｂ上の地点からＶ・Ｔの距離だけ走行経路Ｂ上を前方に進行した地点）での走行経路Ｂの曲率１／Ｒｎ（図４参照）を特定する。
【００４８】
ステップ９では、ナビゲーション装置６は、前記ステップ３で求めた車両中心部の横方向の変位量εy と角度誤差θとの二つの値をそれぞれ前回値と比較し、それぞれの前回値との差が所定のしきい値を越えているか否かを判断する。そして、所定のしきい値を越えている場合には、ステップ３で求めた現在の変位量εy と角度誤差θとの値をそれぞれ前回値に対してあらかじめ設定された範囲内に収まるように強制的に変更する（ステップ９ａ）。
【００４９】
このような処理を行うのは次の理由による。すなわち、変位量εy と角度誤差θとの大きな変化が生じた場合に、ステップ３で求められた変位量εy と角度誤差θとの値をそのまま使用して後述の如く車両Ａの操舵制御量を求めて操舵を行うと、車両Ａの挙動が急変して車両Ａの乗り心地を著しく損なう虞れがある。そこで、ステップ９、９ａの処理を行うことで、操舵制御を行うために必要な変位量εy と角度誤差θとの値の変化量を制限することで、上記のような不都合を回避する。
【００５０】
ステップ１０は本参考例では省略される。
【００５１】
ステップ１１では、前記横方向制御装置９により、操舵制御量（ステアリングの操舵角値) δを、前記ステップ３で求められた現在の車両Ａの走行経路Ｂに対する変位量εy 及び角度誤差θ（但し、ステップ９ａを経た場合には、前述の通り制限された変位量及び角度誤差）と、現在の車速Ｖと、ステップ８で得られた所定時間Ｔ後の走行経路Ｂの曲率１／Ｒｎとを用いて下記の式（２）により求める。そして、横方向制御装置９は、求めた操舵制御量（ステアリングの操舵角値) δで車両Ａのステアリング操作を行うべく、前記電子制御パワーステアリングアクチュエータ１０に命令を送り、該アクチュエータ１０により実際に車両Ａのステアリングを操作する（ステップ１２）。
【００５２】
δ＝Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）・εy ＋Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）∫εy dt＋Ｐ’（Ｖ，１／Ｒｎ）・θ ……（１）
ここで、式（１）において、Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）は車速Ｖと曲率１／Ｒｎのあらかじめ定められた関数で、車速Ｖが大きくなる程、Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）の値が減少し、曲率１／Ｒｎが大きくなる程、Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）の値が大きくなるように設定されている。具体的には、例えばＰ（Ｖ，１／Ｒｎ）は、車速Ｖ及び曲率１／Ｒｎを用いた次式により設定することで、上記のようなＰ（Ｖ，１／Ｒｎ）の傾向が得られるようになっている。
【００５３】
Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）＝Ｐ0 ・（Ｖ0 ／Ｖ）・［１＋（１／Ｒｎ）・ｋ］
但し、上式において、Ｐ0 、ｋは実験的に定められた定数であり、Ｖ0 は、本参考例では６０ｋｍ／ｈ（＝１６．６ｍ／ｓ）の車速を標準車速として、Ｖ0＝１６．６とされている。
【００５４】
また、式（１）において、Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）は車速Ｖと曲率１／Ｒｎのあらかじめ定められた関数で、車速Ｖが大きくなる程、Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）の値が減少し、曲率１／Ｒｎが大きくなる程、Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）の値が大きくなるように設定されている。具体的には、例えばＩ（Ｖ，１／Ｒｎ）は、車速Ｖ及び曲率１／Ｒｎを用いた次式により設定することで、上記のようなＩ（Ｖ，１／Ｒｎ）の傾向が得られるようになっている。
【００５５】
Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）＝Ｉ0(1/Rn) ・（Ｖ0 ／Ｖ）
但し、上式において、Ｉ0(1/Rn) は、曲率１／Ｒｎから、あらかじめ定められたデータテーブルによって求められる値であり、このデータテーブルでは、曲率１／Ｒｎが大きい程、Ｉ0(1/Rn) の値が大きくなり、逆に曲率１／Ｒｎが小さい程、Ｉ0(1/Rn) の値が小さくなる（約０になる）ように設定されている。
【００５６】
また、式（１）において、Ｐ’（Ｖ，１／Ｒｎ）は車速Ｖと曲率１／Ｒｎのあらかじめ定められた関数で、車速Ｖが大きくなる程、Ｐ’（Ｖ，１／Ｒｎ）の値が減少し、曲率１／Ｒｎが大きくなる程、Ｐ’（Ｖ，１／Ｒｎ）の値が大きくなるように設定されている。具体的には、例えばＰ’（Ｖ，１／Ｒｎ）は、Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）と同様の次式により設定することで、上記のようなＰ’（Ｖ，１／Ｒｎ）の傾向が得られるようになっている。
【００５７】
Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）＝Ｐ0 ’・（Ｖ0 ／Ｖ）・［１＋（１／Ｒｎ）・ｋ’］
但し、上式において、Ｐ0 ’、ｋ’は実験的に定められた定数である。
【００５８】
このような式（１）により求めた操舵制御量δ（操舵角値）によりステアリング操作を行うことにより、車両Ａは、走行経路Ｂの直線部はもちろん、カーブにおいても円滑且つ安定に走行経路Ｂに沿って走行する。
【００５９】
すなわち、操舵制御量δを求める式（１）の右辺のＰ（Ｖ，１／Ｒｎ）・εy 、Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）∫εy dtは、それぞれ変位量εy の比例項、積分項であり、基本的には、変位量εy を減少させて車両Ａを走行経路Ｂ上に追従させる機能を有し、これにより車両Ａはその中心部が走行経路Ｂ上に変位するように操舵される。この場合、車速Ｖが比較的大きい状態で、車両Ａを走行経路Ｂ上に急激に変位させるようにすると、大きな横方向加速度が生じるが、比例項の係数Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）や積分項の係数Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）は、それぞれ前述のように車速Ｖが大きい程、小さくなるので、車両Ａの急激な変位が抑制され、円滑に走行経路Ｂ上に車両Ａを変位させることができる。
【００６０】
また、車両Ａの前方の曲率１／Ｒｎが大きくなると、係数Ｐ（Ｖ，１／Ｒｎ）や係数Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）が大きくなるため、カーブでの走行経路Ｂへの車両Ａの追従性が高まり、車両Ａがカーブで外側にはみ出してしまうような事態が回避される。
【００６１】
さらに、走行経路Ｂの直線部（曲率１／Ｒｎが約０の箇所）では、積分項の値が大きいと、車両Ａの走行位置が走行経路Ｂに対して振動を生じやすいが、係数Ｉ（Ｖ，１／Ｒｎ）は十分に小さなものとなるため、積分項の値も十分に小さなものとなり、車両Ａの走行経路Ｂ上への追従性が安定する。
【００６２】
また、式（１）の右辺のＰ’（Ｖ，１／Ｒｎ）・θは、角度誤差θの比例項であり、基本的には、角度誤差θを減少させて、車両Ａの進行方向を走行経路Ｂの方向に向かわせる機能を有する。この場合、車速Ｖが比較的大きい状態では、係数Ｐ’（Ｖ，１／Ｒｎ）が小さくなるので、車両Ａの過大な進行方向の変化が抑制され、車両Ａの進行方向の走行経路Ｂへの追従が安定して円滑に行われる。
【００６３】
さらに走行経路Ｂの曲率１／Ｒｎの大きなカーブでは、係数Ｐ’（Ｖ，１／Ｒｎ）が大きくなるので、車両Ａの進行方向の走行経路Ｂへの追従性が高まり、該走行経路Ｂに沿うようにして円滑にカーブを曲がることができる。
【００６４】
このように本参考例の操舵制御によれば、車両Ａの現在の車速Ｖや走行経路Ｂに対する変位量εy だけでなく、車両前方の走行経路Ｂの曲率１／Ｒｎや車両Ａの進行方向の走行経路Ｂに対する角度誤差θを考慮して操舵制御量δを決定し、そのδにより車両Ａを操舵制御することで、走行経路Ｂの直線部はもちろん、カーブにおいても円滑且つ安定に走行経路Ｂに追従して走行することができる。
【００６５】
そして、この場合、操舵制御量δを決定する上で必要な変位量εy 及び角度誤差θは、磁気センサ１，１による磁気ネイルＣの磁気的な検出に基づいて求められ、また、車両前方の走行経路Ｂの曲率１／Ｒｎは、ＬＣＸケーブルＤとの通信によって得らるので、それらの変位量εy 、角度誤差θ、曲率１／Ｒｎのデータを天候条件等によらずに精度良く取得することができる。従って、それらのデータを用いて求めた操舵制御量δによって車両Ａの操舵を行うことで、天候条件等によらずに的確に車両Ａを走行経路Ｂに沿わせて走行することができる。
【００６６】
次に、図２のシステム構成を有する車両Ａの操舵制御アルゴリズムの実施形態を図３及び図４を参照して説明する。
【００６７】
本実施形態では、図３のステップ１からステップ９，９ａまでの処理が前記参考例と全く同様に行われるので、これらの処理の説明は省略する。
【００６８】
尚、この場合、ステップ８では、ＬＣＸケーブルＤから与えられた曲率情報を基に、車両の現在位置における走行経路Ｂの曲率と、車両Ａが現在の走行状態で走行した場合に前記予見時間Ｔpre （１．３秒）後に到達すると予測される地点に対応した箇所（現在位置に対応する走行経路Ｂ上の地点からＶ・Ｔpre の距離だけ走行経路Ｂ上を前方に進行した地点）での走行経路Ｂの曲率１／Ｒn+1 （図４参照）を特定する。
【００６９】
本実施形態では、ステップ１０において、ナビゲーション装置６が、車両Ａの現在位置（図４のａ地点）から現在の走行状態で走行した場合に前記予見時間Ｔpre （１．３秒）後に車両Ａが到達すると予想される地点（図４のｂ地点）における車両Ａの進行方向（図４のｂ’線の方向）と、車両Ａを現在の走行状態で現在位置から走行経路Ｂ上を走行させた場合に、予見時間Ｔpre 後に到達すべき走行経路Ｂ上の位置（車両Ａの現在位置に対応する走行経路Ｂ上の地点から、前方にＶ・Ｔpre の距離だけ離間した地点。図４のｃ地点）における走行経路Ｂの方向（図４のｃ’線の方向）とのなす角度を予見角度θpre として求める。具体的には、図４を参照して、車両Ａの進行方向を、現在の進行方向から、予見時間Ｔpre 後の地点ｃにおける走行経路Ｂの方向に変化させるのに要する車両Ａの旋回角度（図４のａ’線とｃ’線とのなす角度）を目標旋回角度θtar としたとき、予見角度θpre は、次式により算出する。
【００７０】
θpre ＝θtar −（γ・Ｔpre ）
ここで、γは前記ステップ４で得られた車両Ａの現在のヨーレートであり、（γ・Ｔpre ）の項は、車両Ａが現在のヨーレートで走行した場合に、予見時間Ｔpre の期間で車両Ａの進行方向が現在の進行方向から変化する角度（図４のａ''線とｂ’線とのなす角度）を示している。
【００７１】
また、上式中の目標旋回角度θtar は、例えば次のように求められる。すなわち、前記ステップ７で得られた車両Ａの前方の走行経路Ｂの地図データを、車両Ａの現在位置における進行方向（図４のａ’線）を例えばｙ軸、車幅方向をｘ軸とした座標上に変換する。すなわち、走行経路Ｂの地図データを車両ａを基準とした座標系で表す。そして、その座標上において、車両Ａの現在位置に対応する走行経路Ｂ上の地点から、前方に走行経路Ｂに沿ってＶ・Ｔpre の距離だけ離間した地点ｃを求め、その地点ｃにおける走行経路Ｂのｙ軸（車両Ａの進行方向）に対する方位角を走行経路Ｂの座標データにより求めることで、目標旋回角度θtar が得られる。
【００７２】
尚、本実施形態では予見時間Ｔpre を実験的データに基づいて１．３秒に設定したが、車両の種類や性能等によって適切に設定することが好ましい。
【００７３】
このようにして求めた予見角度θpre を用いて、本実施形態ではステップ１１において、次式（２）により操舵制御量δを求め、さらに、ステップ１２において、求めた操舵制御量δに従ってステアリングの操作を行う。
【００７４】
δ＝Ｐ（Ｖ，１／Ｒ0 ）・εy ＋Ｐ’（Ｖ，１／Ｒ0 ）・θ＋Ｃ（Ｖ）・θpre ＋ａ・（１／Ｒn+1 ）＋ｂ・γ……（２）
ここで、Ｖは現在の車速、１／Ｒ0 は現在位置における走行経路Ｂの曲率、１／Ｒn+1 は、予見時間Ｔpre 後における走行経路Ｂの曲率であり、Ｐ（Ｖ，１／Ｒ0 ）及びＰ’（Ｖ，１／Ｒ0 ）は、それぞれ、前記式（１）のＰ（Ｖ，１／Ｒn ）及びＰ’（Ｖ，１／Ｒn ）と同様にして、車速Ｖ及び現在位置の曲率１／Ｒ0 に応じて定められた関数である。
【００７５】
また、Ｃ（Ｖ）は、車速Ｖが大きくなる程、値が小さくなるように定められた関数で、例えばＣ（Ｖ）＝Ｖ0 ／Ｖ（但し、Ｖ0 は式（１）と同様）とされている。また、ａは、実験的に定めた正の定数、ｂは実験的に定めた負の定数である。このような式（２）により求めた操舵制御量δ（操舵角値）によりステアリング操作を行うことにより、車両Ａは、前記参考例と同様に、走行経路Ｂの直線部はもちろん、カーブにおいても円滑且つ安定に走行経路Ｂに沿って走行する。
【００７６】
すなわち、式（２）の右辺のＰ（Ｖ，１／Ｒ0 ）・εy 、Ｐ’（Ｖ，１／Ｒ0 ）・θはそれぞれ変位量εy 及び角度誤差θの比例項（フィードバック制御項）で、前記式（１）の比例項と同様の機能を有し、それぞれ基本的には、変位量εy 及び角度誤差θを減少させるように機能する。この場合、車速Ｖが大きい程、Ｐ（Ｖ，１／Ｒ0 ）、Ｐ’（Ｖ，１／Ｒ0 ）の値が小さくなるので、高速走行中の横方向の安定性が高まる。また、車両Ａの現在位置における曲率１／Ｒ0 が大きくなる程、Ｐ（Ｖ，１／Ｒ0 ）、Ｐ’（Ｖ，１／Ｒ0 ）の値が大きくなるので、カーブにおける車両Ａの走行経路Ｂに対する位置や方向の追従性が高まる。
【００７７】
また、式（２）のＣ（Ｖ）・θpre は、予見時間Ｔpre 後の予見角度θpre 、すなわち、将来的に予測される車両Ａの進行方向と走行経路Ｂの方向との角度誤差に基づくフィードフォワード制御項で、車両Ａのカーブでの走行経路Ｂに対する追従性をより一層向上させると共に、車両Ａの挙動も安定させるという機能を有する。すなわち、将来的に予測される角度誤差を前もって吸収するように機能する。
【００７８】
また、式（２）のａ・（１／Ｒn+1 ）は、車両Ａの前方の曲率１／Ｒn+1 のカーブを曲がるために必要な基本的な操舵角を規定するフィードフォワード制御項である。
【００７９】
また、式（２）のｂ・γは、ヨーレートγのフィードバック制御項で、過大なヨーレートが発生するのを抑制する機能を有する。
【００８０】
これにより、本実施形態によれば、車両Ａの現在の車速Ｖや走行経路Ｂに対する変位量εy だけでなく、車両前方の走行経路Ｂの曲率１／Ｒn+1 や車両Ａの将来的に予測される走行経路Ｂに対する角度誤差、ヨーレートγ等を考慮して操舵制御量δを決定し、そのδにより車両Ａを操舵制御することで、走行経路Ｂの直線部はもちろん、カーブにおいても円滑且つ安定に走行経路Ｂに追従して走行することができる。
【００８１】
そして、この場合、操舵制御量δを決定する上で必要な変位量εy 及び角度誤差θは、磁気センサ１，１による磁気ネイルＣの磁気的な検出に基づいて求められ、また、車両前方の走行経路Ｂの曲率１／Ｒn+1 及び車両Ａの現在位置における走行経路Ｂの曲率１／Ｒ0 は、ＬＣＸケーブルＤとの通信によって得らるので、それらのデータを天候条件等によらずに精度良く取得することができる。従って、それらのデータを用いて求めた操舵制御量δによって車両Ａの操舵を行うことで、天候条件等によらずに的確に車両Ａを走行経路Ｂに沿わせて走行することができる。
【００８２】
図７に本実施形態による操舵制御を用いた自動走行車を５０ｋｍ／ｈの車速で半径１４０Ｒのカーブを実際に走行させた場合に、車両の中心部と所要の走行経路との間に生じた変位量εy の測定データを示す。同図に見られるように、所要の走行経路と車両の実際の走行経路との偏差は十分に小さく（最大で１５ｃｍ程度）、しかもその大きさも平坦に抑えられている。このことから、本実施形態のステアリンング制御を行うことで、カーブにおいても車両を円滑且つ安定に所要の走行経路に追従させて走行させることができることが判る。
【００８３】
ところで、以上説明したステアリング制御の実施形態では、操舵制御量δを求めるための走行経路Ｂの曲率をＬＣＸケーブルＤとの通信によって得られた曲率情報に基づき特定したが（本発明の第１の態様に対応する）、ＬＣＸケーブルＤの曲率情報を用いずに車両Ａに備えた前記地図データ（図６参照）を用いて、操舵制御量δを求めるための走行経路Ｂの曲率を求めることも可能である（これは本発明の第２の態様に対応する）。
【００８４】
すなわち、前記地図データの走行経路Ｂはその各所の地図データ上における位置が判っているので、その位置データを用いることで、数学的な演算により走行経路Ｂの各所の曲率を求めることができる。例えば、図６のＸ−Ｙ座標系において、走行経路Ｂを表す関数をＹ＝Ｆ（Ｘ）とし、dY/dX ＝Ｆ’、d2Y/dX2 ＝Ｆ''と定義したとき、走行経路Ｂの各所における曲率１／Ｒは数学的に、次式により求められる。
【００８５】
１／Ｒ＝Ｆ''／［１＋（Ｆ’）2 ］3/2
従って、操舵制御量δを求めるための走行経路Ｂの曲率を、地図データから直接的に求めることができる。
【００８６】
そこで、この場合には、前記実施形態において、図３のステップ１の処理を省略し、ステップ８において、ステップ７で切り出した地図データを基に、操舵制御量δを求めるための走行経路Ｂの曲率を上記のような演算によって求めて特定する。
【００８７】
このようにした場合でも、操舵制御量δを求めるための走行経路Ｂの曲率は、地図データを用いることで、天候条件等によらずに精度よく求めることができるので、前述のようにＬＣＸケーブルＤの曲率情報を用いた場合と同様の作用効果を奏する。
【００８８】
尚、以上説明した実施形態では、経路マーカとして磁気ネイルＤを用いたものを示したが、経路マーカとして例えば白線等の色覚的なものを使用し、それを車両側に備えた光学的センサにより検出するようにすることも可能である。
【００８９】
また、前述の実施形態では、走行情報提供設備としてＬＣＸケーブルを用いたが、例えば道路に沿って間隔を存して設置した通信施設等を用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における車両の走行形態を示す説明図。
【図２】図１の車両のシステム構成図。
【図３】図１の車両の操舵制御を説明するためのフローチャート。
【図４】図１の車両の操舵制御を説明するための説明図。
【図５】図１の車両の操舵制御を説明するための説明図。
【図６】図１の車両の操舵制御に用いる地図データを示す説明図。
【図７】実施形態における実験結果を示す線図。
【符号の説明】
Ａ…車両、Ｂ…走行経路、Ｃ…磁気ネイル（経路マーカ）、Ｄ…漏洩同軸ケーブル（走行情報提供設備）、１…磁気センサ（マーカセンサ）、２…ＬＣＸ情報受信機、３…ヨーレートセンサ、５…車輪回転速度センサ、６…ナビゲーション装置、８…通信制御装置、９…横方向制御装置、１０…電子制御パワーステアリングアクチュエータ。
Claims (5)
- あらかじめ経路マーカが付設された所定の走行経路に沿って車両が走行するよう該車両の自動操舵を行う自動ステアリング制御装置において、前記走行経路の地図データを保持する手段と、車両に備えたマーカセンサにより前記経路マーカを検出し、その検出出力に基づき車両の現在の走行位置における前記走行経路との位置関係を逐次求める手段と、少なくとも該車両の前記走行経路との時々刻々の位置関係及び前記地図データとに基づき該地図データ上における車両の走行位置を逐次把握する手段と、前記地図データ上における走行経路の各所の曲率情報を車両外部に設けられた走行情報提供設備との通信により取得する手段と、該走行情報提供設備から与えられる走行経路の曲率情報に基づき、前記把握した車両の現在の走行位置の前方における走行経路の曲率情報を取得する手段と、車両の現在の走行位置から現在の走行状態で走行した場合における所定時間後の車両の進行方位と、該所定時間後の車両の走行位置に対応する走行経路上の地点における該走行経路の方位との偏差角度を予見角度として求める手段と、少なくとも前記取得した車両の前方の走行経路の曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の前記走行経路との現在の位置関係と、前記予見角度とに基づき車両の操舵制御量を決定する手段とを備え、
前記車両の走行経路との位置関係は、車両の中心部の走行経路に対する横方向偏差と、車両の進行方向の走行経路に対する方位角偏差とを含み、前記操舵制御量を決定する手段は、車両の前方の走行経路の曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の現在の横方向偏差と、車両の現在の方位角偏差とに基づいて、前記横方向偏差と前記方位角偏差とを減少させるように前記操舵制御量を決定するとともに、前記車両の現在の車速と前記予見角度とに基づいて、前記予見角度を減少させるように前記操舵制御量を決定することを特徴とする自動ステアリング制御装置。 - 前記走行情報提供設備は、前記走行経路に沿って道路に設置された漏洩同軸ケーブルであることを特徴とする請求項１記載の自動ステアリング制御装置。
- あらかじめ経路マーカが付設された所定の走行経路に沿って車両が走行するよう該車両の自動操舵を行う自動ステアリング制御装置において、前記走行経路の地図データを保持する手段と、車両に備えたマーカセンサにより前記経路マーカを検出し、その検出出力に基づき車両の現在の走行位置における前記走行経路との位置関係を逐次求める手段と、少なくとも該車両の前記走行経路との時々刻々の位置関係及び前記地図データとに基づき該地図データ上における車両の走行位置を逐次把握する手段と、その把握した車両の現在の走行位置の前方における走行経路の曲率情報を前記地図データから取得する手段と、車両の現在の走行位置から現在の走行状態で走行した場合における所定時間後の車両の進行方位と、該所定時間後の車両の走行位置に対応する走行経路上の地点における該走行経路の方位との偏差角度を予見角度として求める手段と、少なくとも前記取得した車両の前方の走行経路の曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の前記走行経路との現在の位置関係と、前記予見角度とに基づき車両の操舵制御量を決定する手段とを備え、
前記車両の走行経路との位置関係は、車両の中心部の走行経路に対する横方向偏差と、車両の進行方向の走行経路に対する方位角偏差とを含み、前記操舵制御量を決定する手段は、車両の前方の走行経路の曲率情報と、車両の現在の車速と、車両の現在の横方向偏差と、車両の現在の方位角偏差とに基づいて、前記横方向偏差と前記方位角偏差とを減少させるように前記操舵制御量を決定するとともに、前記車両の現在の車速と前記予見角度とに基づいて、前記予見角度を減少させるように前記操舵制御量を決定することを特徴とする自動ステアリング制御装置。 - 前記経路マーカは前記走行経路に沿って間隔を存して道路に配列された磁気発生源であり、前記マーカセンサは磁気センサであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自動ステアリング制御装置。
- 前記車両の走行位置を把握する手段は、車両の車速及びヨーレートに基づき車両の走行軌跡を逐次求める手段を含み、その求めた走行軌跡と、前記車両の前記走行経路との時々刻々の位置関係と、該走行経路の前記地図データとから該地図データ上における車両の現在の走行位置を把握することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の自動ステアリング制御装置。
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