JP6988547B2

JP6988547B2 - 走行制御装置

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Publication number: JP6988547B2
Application number: JP2018027374A
Authority: JP
Inventors: 文哉渋川
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2038-02-19
Also published as: JP2019142320A

Description

本発明は、走行制御装置に関する。

下記特許文献１には、先行車両が走行した走行経路を後方車両が自動で追尾する追尾システムが開示されている。この追尾システムは、カメラ及びＬＲＦ（レーザレンジファインダ）を用いて轍を検出し、当該検出した轍に沿って後方車両が走行するように後方車両の走行を制御する。

特開２００８−１０８２１９号公報

しかしながら、雨や雪等の悪天候時においてはカメラやＬＲＦの物体の検出精度が低下する。すなわち、雨や雪等の悪天候の場合には、十分な明るさが得られず、カメラによる物体の検出精度が低下する。また、ＬＲＦは、物体にレーザ光を照射して、そのレーザ光の反射光を検出することでその物体までの距離を計測するものであるが、悪天候の場合には、レーザ光が雨や雪等により反射されてしまうため、物体までの距離を正確に検出することができない。

したがって、カメラやＬＲＦを用いて轍を検出する上記追従システムでは、悪天候の場合において轍を正確に検出することができず、後方車両を轍に沿って安定して走行させることができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、悪天候であっても車両を轍に沿って安定して走行させることができる走行制御装置を提供することである。

本発明の一態様は、車両が轍を走行するように前記車両の走行を制御する走行制御装置であって、前記車両のロール角を取得するロール角取得部と、前記ロール角取得部で取得されたロール角が、前記車両が轍を走行しているときの前記ロール角であるロール角基準値になるように前記車両の操舵を制御する走行制御部と、を備えることを特徴とする、走行制御装置である。

本発明の一態様は、上述の走行制御装置であって、前記走行制御部は、前記ロール角取得部で取得されたロール角の角速度が所定値以上である場合には、前記車両が轍から外れる虞があるとして、前記ロール角と前記ロール角基準値との差が所定値以下になるように、前記車両の操舵を制御することを特徴とする。

本発明の一態様は、上述の走行制御装置であって、前記走行制御部は、前記角速度が所定値以上となってから所定時間が経過するまでに前記角速度が負値とならない場合には、前記車両が轍から外れる虞があるとして、前記ロール角と前記ロール角基準値との差が所定値以下になるように、前記車両の操舵を制御することを特徴とする。

本発明の一態様は、上述の走行制御装置であって、前記走行制御部は、予め設定された経路に基づいて前記車両の操舵量を演算する走行制御演算部と、前記操舵量に基づいて、前記車両の操舵を制御するアクチュエータと、前記角速度が前記所定値以上である場合には、前記ロール角と前記ロール角基準値との差に応じた補正量を、前記走行制御演算部で演算された前記操舵量に加算し、当該加算した量を新たな操舵量として前記アクチュエータに出力する加算部と、を備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、悪天候であっても車両を轍に沿って安定して走行させることができる。

本発明の一実施形態に係る走行制御装置Ａの概略構成の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る補正モードにおける走行制御装置Ａに動作のフロー図である。本発明の一実施形態に係る車両Ｃが轍の中心を走行している状態を表す図である。本発明の一実施形態に係る車両Ｃが轍の斜面を走行している状態を表す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る走行制御装置Ａを、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る走行制御装置Ａの概略構成の一例を示す図である。
走行制御装置Ａは、自律走行機能を有する車両Ｃに搭載され、例えば山岳地帯等の不整地に存在する轍に沿って車両Ｃを走行させる。この轍は、車両Ｃや車両Ｃとは別の車両が不整地において所定の走行経路を走行することで生成される。

図１に示すように、走行制御装置Ａは、ロール角取得部１及び走行制御部２を備える。

ロール角取得部１は、車両Ｃのロール方向（車両Ｃの左右方向）の傾きを示すロール角（車体ロール角）θを取得する。例えば、ロール角取得部１は、傾斜センサであって、ロール角θを直接計測してもよい。また、ロール角取得部１は、角速度センサ等の計測結果から、ロール角θを安定的に推定することで、ロール角θを取得してもよい。ロール角取得部１は、取得したロール角θを走行制御部２に出力する。

なお、本実施形態では、車両の前後方向（進行方向）と直交する車両Ｃの左右方向のうち、左方向の傾いた場合にはロール角θが正の値とし、右方向に傾いた場合にはロール角θが負の値となる。

走行制御部２は、自己位置取得部３、格納部４、走行制御演算部５、判定部６、補正量演算部７、加算部８、及びアクチュエータ９を備える。

自己位置取得部３は、車両Ｃの現在位置の情報（以下、「位置情報」という。）を取得する。例えば、自己位置取得部３は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いることで、車両Ｃの位置情報をグローバル座標（Ｘ，Ｙ）で取得する。自己位置取得部３は、取得した車両Ｃの位置情報を走行制御演算部５に出力する。例えば、Ｘ座標は緯度を示し、Ｙ座標は経度を示す。

格納部４には、車両Ｃが走行する予定の経路（以下、「走行予定経路」という。）が予め格納されている。この走行予定経路には、複数の通過点（ウェイポイント）が設定されている。走行予定経路は、轍を走行させるための経路であって、例えば、轍を生成した車両（例えば、先行車両や車両Ｃ）から取得される。例えば、先行車両が不整地において所定の走行経路を走行することで轍が生成された場合には、走行制御部２は、その所定の走行経路の情報を走行予定経路として先行車両から有線又は無線で取得して格納部４に格納する。

走行制御演算部５は、車両Ｃを走行予定経路に沿って走行させる走行制御の制御量を演算する。この制御量は、直進量Ｄ及び操舵量Ｒを備える。直進量Ｄとは、車両Ｃを直進させる制御の制御量であって、例えば、アクセルＡＣ及びブレーキＢＲの操作量である。操舵量Ｒは、車両Ｃを操舵させる制御の制御量であって、例えば、ステアリングＳＴの操舵角である。

具体的には、走行制御演算部５は、自己位置取得部３から車両Ｃの位置情報を取得する。また、走行制御演算部５は、格納部４から走行予定経路の情報を取得する。そして、走行制御演算部５は、その取得した車両Ｃの位置情報と走行予定経路とに基づいて直進量Ｄ及び操舵量Ｒを演算する。すなわち、走行制御演算部５は、車両Ｃの位置情報が走行予定経路を通るための直進量Ｄ及び操舵量Ｒを演算する。

走行制御演算部５は、演算した直進量Ｄをアクチュエータ９に出力する。また、走行制御演算部５は、演算した操作量Ｒを加算部８に出力する。

判定部６は、ロール角取得部１からロール角θを取得する。そして、判定部６は、ロール角取得部１から取得したロール角θに基づいて、轍を走行している車両Ｃが当該轍から外れる虞があるか否かを判定する。

具体的には、判定部６は、ロール角取得部１から取得したロール角θの変化量である角速度ωが所定値（以下、「角速度閾値」という。）ω_ｔｈ以上である場合には、車両Ｃが轍から外れる虞があると判定する。判定部６は、車両Ｃが轍から外れる虞があると判定した場合には、操舵量Ｒを補正する補正モードに移行する。

判定部６は、補正モードに移行すると、補正モードに移行する直前のロール角であるロール角基準値θ_０と、現在のロール角θと比較する。そして、判定部６は、基準ロール角θ_０と現在のロール角θとの差分値（θ−θ_０）を一定周期ごとに補正量演算部７に出力する。

なお、判定部６は、差分値（θ−θ_０）の絶対値が、所定値である差分値閾値Δθ_ｔｈ以下になった場合には、轍を走行している車両Ｃが当該轍から外れる虞がないと判定して、補正モードを脱出する。したがって、補正モードを脱出した場合には、補正量演算部７への差分値（θ−θ_０）の出力は行われない。

補正量演算部７は、補正モードにおいて、判定部６から取得した差分値（θ−θ_０）に基づいて、走行制御演算部５で演算された操舵量Ｒを補正するための補正量（以下、「操舵補正量」という。）ΔＲを演算する。例えば、この操舵補正量ΔＲとは、差分値（θ−θ_０）に応じた制御量であって、差分値（θ−θ_０）をゼロに近づかせるための操舵量である。例えば、操舵補正量ΔＲは、差分値（θ−θ_０）に比例した補正量である。

具体的には、補正量演算部７は、ロール角θが正の値である場合、すなわち車両Ｃが左方向に傾いている場合には、左方向に操舵させるための操舵量を操舵補正量ΔＲとして演算する。一方、補正量演算部７は、ロール角θが負の値である場合、すなわち車両Ｃが右方向に傾いている場合には、右方向に操舵させるための操舵量を操舵補正量ΔＲとして演算する。

例えば、補正量演算部７は、予め設定された計算式やテーブルに基づいて、差分値（θ−θ_０）に応じた操舵補正量ΔＲを決定してもよい。これら計算式やテーブルは、例えば差分値（θ−θ_０）に基づいて、操舵補正量ΔＲが決定できるように、実験的又は理論的に定めればよい。予め設定されたテーブルを用いる場合には、複数のロール角の範囲と、各操舵補正量ΔＲとが関連付けられたテーブルを不図示の記憶部に予め記憶されていてもよい。そして、補正量演算部７は、判定部６から取得した差分値（θ−θ_０）がどのロール角の範囲に該当するかを判別し、当該判別したロール角の範囲に対応する操舵補正量ΔＲを上記テーブルから取得し、取得した操舵補正量ΔＲを加算部８に出力する。なお、補正量演算部７は、判定部６から取得した差分値（θ−θ_０）に所定の係数を乗算することで、操舵補正量ΔＲを求めてもよい。

加算部８は、補正モードにおいて、走行制御演算部５で演算された操舵量Ｒに、補正量演算部７から取得した操舵補正量ΔＲを加算することで新たな操舵量Ｒ´を算出してアクチュエータ９に出力する。すなわち、加算部８は、操舵量Ｒに操舵補正量ΔＲを加算することで当該操舵量Ｒを操舵量Ｒ´に補正する。この操舵量Ｒ´は、傾いた状態にある車両Ｃを積極的に水平状態に戻すためのステアリングＳＴの操舵角である。傾いた状態とは、車両Ｃが轍から外れる虞がある状態であることを示す。なお、補正モードではない場合には、操舵補正量ΔＲが算出されないため、加算部８は、走行制御演算部５で演算された操舵量Ｒを補正せずにそのままアクチュエータ９に出力する。

アクチュエータ９は、アクセルＡＣ、ブレーキＢＲ、及びステアリングＳＴをそれぞれ駆動する。具体的には、アクチュエータ９は、走行制御演算部５から出力された直進量Ｄに基づいて、アクセルＡＣ、又はブレーキＢＲを操作する。これにより、所定の車速で車両Ｃを直進させることができる。また、アクチュエータ９は、加算部８から出力された操舵量に基づいてステアリングＳＴを操作することで、車両Ｃの操舵を制御する。例えば、アクチュエータ９は、ステアリングＳＴの操舵角が、加算部８から出力された操舵量になるようにステアリングＳＴを回動せることで、車両Ｃの操舵を制御する。なお、アクチュエータ９は、補正モードである場合には、加算部８から出力された操舵量Ｒ´に基づいてステアリングＳＴを操作し、補正モードでない場合には、加算部８から出力された操舵量Ｒに基づいてステアリングＳＴを操作する。

以下に、本発明の一実施形態に係る補正モードにおける走行制御装置Ａに動作の流れについて、図２を用いて説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る補正モードにおける走行制御装置Ａに動作のフロー図である。なお、以下に説明する動作は、車両Ｃが走行予定経路に沿って自律走行している場合、すなわち轍を走行している場合に実行される。

走行制御部２は、車両Ｃの位置情報及び走行予定経路に基づいて演算された直進量Ｄ及び操舵量Ｒに応じて車両Ｃの走行を制御している。この場合において、走行制御部２は、ロール角取得部１からロール角θを取得し（ステップＳ１０１）、その取得したロール角θの角速度ωを算出する（ステップＳ１０２）。そして、走行制御部２は、算出した角速度ωが角速度閾値ω_ｔｈ以上か否かを判定する（ステップＳ１０３）。走行制御部２は、算出した角速度ωが角速度閾値ω_ｔｈ以上である場合には、車両Ｃが轍から外れる虞があると判定して、補正モードに移行する（ステップＳ１０４）。なお、角速度ωが角速度閾値ω_ｔｈ以上である場合とは、車両Ｃが轍の斜面を乗り上げ、轍から外れる虞がある状態である。

走行制御部２は、補正モードに移行すると、補正モードに移行する前のロール角であるロール角基準値θ_０と、現在のロール角θとの差分値（θ−θ_０）を算出する（ステップＳ１０５）。そして、走行制御部２は、算出した差分値（θ−θ_０）の絶対値が差分値閾値Δθ_ｔｈ以下か否かを判定する（ステップＳ１０６）。

走行制御部２は、算出した差分値（θ−θ_０）の絶対値が差分値閾値Δθ_ｔｈ以下である場合には、車両Ｃの車輪が轍の斜面から轍の中心位置に移動し、車両Ｃが轍から外れる虞ないとして、補正モードを脱出する（ステップＳ１０７）。

走行制御部２は、算出した差分値（θ−θ_０）の絶対値が差分値閾値Δθ_ｔｈ以下でない場合には、当該差分値（θ−θ_０）に応じた操舵補正量ΔＲを算出する（ステップＳ１０８）。そして、走行制御部２は、算出した操舵補正量ΔＲを、操舵量Ｒに加算することで新たな操舵量Ｒ´を算出し、この操舵量Ｒ´に応じて車両Ｃの操舵を制御する（ステップＳ１０９）。これにより、轍の斜面を乗り上げた車両Ｃは轍の中心位置に戻される。

ステップＳ１０９において、操舵量Ｒ´に応じて車両Ｃの操舵が制御されると、走行制御部２は、再度ステップＳ１０５に移行して、車両Ｃが轍の中心位置に戻されたか否かを判定する。そして、走行制御部２は、車両Ｃが轍の中心位置に戻されたと判定した場合には、補正モードを脱出することで当該補正モードの動作を終了する。

次に、本実施形態に係る作用効果を図３及び図４を用いて説明する。
車両Ｃが平地にある轍Ｗを走行している場合には、図３に示すように、車両Ｃの車体は水平状態である。ただし、車両Ｃが轍Ｗから外れそうになると、図４に示すように、車両Ｃが轍Ｗの斜面に乗り上げるために、車両Ｃの車体が左右のいずれかに傾く。したがって、走行制御装置Ａは、ロール角取得部１から得られるロール角が、轍Ｗの斜面に乗り上げたときのロール角以上になった場合には、すなわち、車両Ｃが轍Ｗを走行しているときのロール角（ロール角基準値）ではない場合には、車両Ｃが轍Ｗから外れる虞があると判定する。

そして、走行制御装置Ａは、車両Ｃが轍Ｗから外れる虞があると判定した場合には、傾いている方向と同一の方向に車両Ｃを操舵することで車両Ｃが積極的に轍Ｗの中心に戻るように車両Ｃの走行を制御する。すなわち、走行制御装置Ａは、車両Ｃの右方向が下になるように車両Ｃは傾いた場合には、ステアリングＳＴを右方向に回動させることで車両Ｃが轍Ｗの中心に戻るように車両Ｃを操舵する。一方、走行制御装置Ａは、車両Ｃの左方向が下になるように車両Ｃは傾いた場合には、ステアリングＳＴを左方向に回動させることで車両Ｃが轍Ｗの中心に戻るように車両Ｃを操舵する。

このように、走行制御装置Ａは、ロール角θがロール角基準値になるように車両Ｃの操舵を制御する。そのため、走行制御装置Ａは、従来のようにカメラやＬＲＦを用いることなく、悪天候であっても車両Ｃを轍Ｗに沿って安定して走行させることができる。

なお、本実施形態では、ロール角θの角速度ωが所定値以上である場合に車両Ｃが轍Ｗから外れる虞があると判定する。これは、車両Ｃが勾配のある山岳部等の轍を走行している場合と、車両Ｃが轍Ｗの斜面に乗り上げた場合とを区別するためである。すなわち、問題なく轍を走行しているにもかかわらず地形自体に勾配があるために、車両Ｃが轍Ｗから外れる虞があると誤判定することを防止するためである。
山岳部等の大域的な地形の勾配変化と比べ、車両Ｃが轍Ｗを乗り上げる際の勾配変化の方が急峻であると考えられるため、走行制御装置Ａは、角速度ωが所定値以上である場合に車両Ｃが轍Ｗから外れる虞があると判定する。これにより、走行制御装置Ａは、車両Ｃが轍Ｗから外れる虞があるか否かの判定精度を向上させることができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

例えば、上記実施形態では、ロール角基準値θ_０は、補正モードに移行する直前のロール角としたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、ロール角基準値θ_０は、補正モードに移行する直前でなくても、車両Ｃが轍を走行しているときのロール角であればよい。

また、上記実施形態では、走行制御部２は、角速度ωが角速度閾値ω_ｔｈ以上である場合に車両Ｃが轍から外れる虞があると判定したが、本発明はこれに限定されない。例えば、走行制御部２は、角速度ωが角速度閾値ω_ｔｈ以上となってから所定時間が経過するまでに角速度ωが負値とならない場合には、車両Ｃが轍から外れる虞があると判定してもよい。これにより、走行制御部２は、車両Ｃが凸凹道を走行している場合には、車両Ｃが轍から外れる虞があると判定することがない。

また、上記実施形態では、走行制御部２は、制御量のうち、操舵量Ｒのみ補正したが、本発明はこれに限定されない。例えば、走行制御部２は、制御量のうち、直進量Ｄをも補正してもよい。具体的には、走行制御部２は、補正モードにおいて、差分値（θ−θ_０）に応じた値に直進量Ｄを補正する。例えば、走行制御部２は、差分値（θ−θ_０）が大きくなるにつれて、車両Ｃの速度が低減されるように直進量Ｄを補正する。

また、上記実施形態の車両Ｃは、走行予定経路を自律走行可能な機能を有していればよく、その自律度合には特に限定されない。

また、車両Ｃとは、一般車両でもよいし、ショベルカー、ブルドーザあるいはクレーン車等の建設機械であってもよい。

また、上記走行制御部２の各部は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよい。また、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。また、プログラムが実行されることにより、コンピュータが、走行制御部２として機能してもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体又はネットワークに接続された記憶装置から、走行制御部２の少なくとも一部を構成するコンピュータにインストールされてよい。コンピュータにインストールされ、コンピュータを本実施形態に係る走行制御部２として機能させるプログラムは、ＣＰＵ等に働きかけて、コンピュータを、走行制御部２の各部としてそれぞれ機能させる。これらのプログラムに記述された情報処理は、コンピュータに読込まれることにより、ソフトウエアと走行制御部２のハードウエア資源とが協働した具体的手段として機能する。

以上、説明したように、走行制御装置Ａは、車両Ｃが轍を走行するように車両Ｃの走行を制御する走行制御装置であって、ロール角θがロール角基準値になるよう車両Ｃの操舵を制御する。

このような構成によれば、悪天候であっても車両Ｃを轍に沿って安定して走行させることができる。

また、走行制御装置Ａは、ロール角θがロール角基準値になるよう車両Ｃの操舵を制御するため、周囲環境計測やＧＮＳＳデータの受信状況に関わらず車両Ｃを轍に沿って安定して走行させることができる。したがって、ＧＮＳＳデータの受信状況が不安定である例えば山岳地帯等の場所であっても、車両Ｃを轍に沿って安定して走行させることができる。

Ａ走行制御装置
１ロール角取得部
２走行制御部
３自己位置取得部
４格納部
５走行制御演算部
６判定部
７補正量演算部
８加算部
９アクチュエータ

Claims

車両が轍を走行するように前記車両の走行を制御する走行制御装置であって、
前記車両のロール角を取得するロール角取得部と、
前記ロール角取得部で取得されたロール角が、前記車両が轍を走行しているときの前記ロール角であるロール角基準値になるように前記車両の操舵を制御する走行制御部と、を備え、
前記走行制御部は、前記ロール角取得部で取得されたロール角の角速度が所定値以上である場合には、前記車両が轍から外れる虞があるとして、前記ロール角と前記ロール角基準値との差が所定値以下になるように、前記車両の操舵を制御することを特徴とする、走行制御装置。
前記走行制御部は、前記角速度が所定値以上となってから所定時間が経過するまでに前記角速度が負値とならない場合には、前記車両が轍から外れる虞があるとして、前記ロール角と前記ロール角基準値との差が所定値以下になるように、前記車両の操舵を制御することを特徴とする、請求項１に記載の走行制御装置。
前記走行制御部は、
予め設定された経路に基づいて前記車両の操舵量を演算する走行制御演算部と、
前記操舵量に基づいて、前記車両の操舵を制御するアクチュエータと、
前記角速度が前記所定値以上である場合には、前記ロール角と前記ロール角基準値との差に応じた補正量を、前記走行制御演算部で演算された前記操舵量に加算し、当該加算した量を新たな操舵量として前記アクチュエータに出力する加算部と、
を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の走行制御装置。