JPH02240705A - 車両用自動操縦制御装置 - Google Patents

車両用自動操縦制御装置

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JPH02240705A
JPH02240705A JP1063047A JP6304789A JPH02240705A JP H02240705 A JPH02240705 A JP H02240705A JP 1063047 A JP1063047 A JP 1063047A JP 6304789 A JP6304789 A JP 6304789A JP H02240705 A JPH02240705 A JP H02240705A
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Tomoyuki Watanabe
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は車両用自動操縦制御装置、特に予め定められ
ている誘導路を自動的に走行させるための自動操縦制御
装置の制御内容に関する。
[従来の技術] 従来より、予め定められた走路(コース)を自動的に走
行する自動操縦車が知られており、工場内の無人搬送車
や耐久走行試験等に用いられている。この自動操縦車は
、例えば所定のコースに設置された誘導ケーブルの位置
をここに流通される電流によって発生される磁界を検出
することによって把握する。そして、この位置情報に応
じて、ハンドル、アクセル、ブレーキ等を自動的に制御
し、誘導ケーブルに沿った自動走行を実現している。
しかし、このような方法においては、その制御が誘導ケ
ーブルの位置検出に応じたフィードバック制御であるた
め、工場内のような平坦かつ単純な形状から成るコース
においては実用性があるが、走行区域内に石や木のよう
な障害物があったり、コースが非常に複雑であったり起
伏が激しいような場合には、所定のコースが維持できな
いという問題点があった。
そこで、特開昭63−3315号公報に示されるように
、実際のコースを有人操縦で走らせ、コース情報を予め
採取しておき、このコース情報を基に自動操縦を行うこ
とも提案されている。この方法によれば、比較的複雑な
地形であっても、所定のコースを外れることなく円滑に
走行することができる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、従来の車両自動操縦においては、コース
を忠実に走行することを目的としており、比較的フィー
ドバックゲインを高くした高速の制御を用いる。このた
め、人間が操縦したものとは大きくことなり、制御の安
定性が悪く、また乗り心地が悪いという問題点があった
そこで、本出願人は先に次のような自動操縦について提
案した。すなわち、誘導路をドライバーが運転して教示
した目標コース及びその目標コースを運転するときの操
舵量を記憶しておき、この記憶内容に従って車両の自動
操縦を行う。そして、実際に走行した場合におけるコー
スからのずれを解消するために、車両が記憶内容に従っ
て現在位置から所定距離先まで走行した場合におけるず
れを予測し、この予測結果に基づいて操舵量を補正する
。このような方法によれば、コースからのずれをその場
で解消しようとせず、将来を予測した制御が行えるため
、円滑な走行制御を行うことができる。
しかし、コースに石等の障害物があったり、坂やくぼみ
があった場合には、車両にロール(車両の前後軸周りの
回転運動)やピッチ(車両の前後方向)の振動が生じる
。そして、このような車両の動きが生じると、車両の向
き(ヨー角)が等の検出値がふらつ(ことになり、この
ヨー角を基に算出していた操舵補正量もふらつくことに
なる。
そこで、操舵制御におけるこのような操舵補正量のふら
つきの影響を抑制するため、操舵を所定時間ホールドす
る方法がある。しかし、このように操舵をホールドして
しまうと、コース誤差の状況(誤差の大きさの増加度合
)によっては、ホールドしている間にコース誤差が増大
し、その結果として操舵補正量が大きくなり、かえって
操舵変動を増大させてしまい、車両が小刻みにふらつき
、安定した走行ができないという問題点があった。
この発明は、悪路においても円滑な走行が行え、車両の
ふらつきを抑制できる車両用自動操縦制御装置を提供す
ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、この発明は、予め定められ
た誘導路を運転者が運転して教示した目標コース及びこ
の目標コースを運転するときの操舵量を記憶する教示デ
ータ記憶手段と、この教示データ記憶手段の教示内容に
従って車両が現在位置から所定距離先まで走行した場合
における目標コースとの誤差を予測する予測誤差演算手
段と、この予測誤差が大きいときに所定の操舵補正を行
う操舵補正手段と、予測誤差が所定の値より大きい時に
そのときのヨーレートを記憶する記憶手段と、所定のホ
ールド時間間隔でそのときの操舵量を記憶し、その操舵
量に維持するサンプル・ホールド手段と、上記ホールド
時間経過時に上記記憶手段によって記憶されている前回
のヨーレートと今回のヨーレートを比較し、ヨーレート
の向きが変化していた場合には、上記操舵補正手段にお
ける操舵補正量としてそのときのヨーレートに逆比例し
た値を採用し、変化していない場合にはそのときのヨー
レートに比例した値を採用する操舵補正量選択手段とを
有することを特徴とする。
[作用] この発明に係る車両用自動操縦制御装置は、上述のよう
な構成を有しており、予測誤差を111用して操舵制御
を行うとともに、予測誤差が大きい場合に操舵補正を行
う。そして、この操舵補正における補正量は、操舵補正
によってヨーレートの向きが変わっているかどうかで変
更する。
すなわち、ヨーレートの向きが変わっていないというこ
とは、操舵補正の効果が現れていないということであり
、この場合には操舵補正量をヨーレートに比例したもの
とする。このため、予測誤差εが増加傾向にありヨーレ
ートが大きい場合に補正量を大きくできる。従って、予
測誤差の増加傾向を効果的に抑制できる。また、ヨーレ
ートが小さければ操舵補正量かを小さくできるので、急
激な操舵補正を抑制することができる。
一方、ヨーレートの向きが変わっているということは操
舵補正の効果が現れているということであり、この場合
には操舵補正量をヨーレートに逆比例したものとする。
このため、過剰な操舵補正を抑制することができる。
このように、操舵補正を前回の操舵補正の効果が現れて
いるかどうかを判断することによって、常に最適なもの
とでき、車両のふらつきを抑制し安定した自動操縦を得
ることができる。
[実施例] 以下、この発明に係る車両用自動操縦制御装置の実施例
について、図面に基づいて説明する。
第1図は、この発明の一実施例に係る車両用自動操縦制
御装置の概略構成図である。
車両100は4つの車輪60を有し、エンジン(図示せ
ず)等の駆動源によって、この車輪60(4輪又は2輪
)を回転駆動することによって走行する。そして、通常
の手動走行時には、車輪60の前輪60aの操舵をハン
ドル62により制御することによって、所定のコースを
走行する。
一方、自動操縦を行う場合には、アクチュエータ64に
よって操舵を行い、所望のコースを走行する。そして、
このアクチュエータ64の制御は車両100に設けられ
た各種センサの出力に応じて動作する演算制御回路(E
CU)40によって行う。
車両100の走行するコース10には、その両側に誘導
ケーブル12が設置されている。この誘導ケーブル12
には通常1. 500Hz程度の交流電流が流されてお
り、この電流によって誘導ケーブルの周囲に磁界が発生
されている。また、誘導ケーブル12の外側には所定間
隔をおいて地点信号を発生する地点信号発信器14が設
置されている。
一方、車両100には車両の横方向ずれを検出する横偏
位センサ20、車速を検出する対地速センサ22、地点
信号発信器14からの信号を受信する地点信号受信器2
4、車両の姿勢角を検出するヨー角センサ26、操舵角
を検出する操舵角センサ28等の各種センサが搭載され
ている。
横偏位センサ20は、コースの両側に設けられている誘
導ケーブル12から発生する磁界を検知するもので、こ
の例においては、車両の前部に設けられている。そして
、通常の場合、横偏位センサ20はコイルを有しており
、これらコイルに誘起される電流を検出することによっ
て一対の誘導ケーブル12からの距離を検出する。
対地速センサ22は、例えば車輪60の回転と同様の回
転を行うマグネット回転板の回転数を磁気センサによっ
て検出することにより車速を検出している。そして、こ
の車速より走行距離を算出することができるが、地点信
号受信器24からの受信信号によって走行距離を校正す
る。すなわち、地点信号発信器14から構成される装置
を表す電波信号を地点信号受信器24にて受信し、コー
ス上の基準位置を検出する。
ヨー角センサ26は、例えばコイルを十字型に配置し、
互いに直交する2つのコイルを自動車の中心線に対して
所定の角度で固定し、それぞれのコイルに誘起される交
流電圧の位相を検出することによってヨー角を検出する
。なお、横偏位センサ20を車両の前部及び後部の両方
に取り付け、これらの検出信号より、車両のヨー角を検
出することもできる。操舵角センサ7はステアリングと
車輪を結ぶ機械的な操舵機構にポテンショメータを取り
付けること等によって構成される。
そして、これらのセンサからの出力は、演算制御回路(
ECU)40に入力される。このECU40は入力され
る各種信号に応じて操舵を制御するものであり、センサ
における検出信号をデジタルデータに変換するA/D変
換回路42、地点信号受信器24で受信されたデジタル
化された地点信号を受けるインターフェース(1/F)
回路44、ドライバーの運転によって得られた教示デー
タを記憶したり、教示されたデータを基に操舵を制御す
る手順が記憶されたROM46.ROM46に記憶され
た手順に従い演算を行うCPU48、演算途中のデータ
を一時的に記憶するRAM5 G、制御結果を出力する
出力回路52からなっている。
そして、この車両100によって自動操縦を行う場合に
は、まずドライバーが実際に運転して目標となるコース
10を走行する。そして、この走行時における各種セン
サの検出値より車両の位置ヨー角操舵量等を検出し、こ
れをROM46に記憶する。すなわち、ドライバーによ
る運転により得られた自動操縦の際に走行に伴いどのよ
うな操舵を行えばよいかというデータが教示データとし
てROM46に記憶されることとなる。
自動操縦の際は、車両100はこの教示データに基づい
て、走行距離に応じてアクチュエータ64を操作して所
望のコースを走行する。
そして、この自動操縦時において、各捕センサからの信
号はECU40に入力され、これに応じたフィードバッ
ク制御を行うわけであるが、この制御について、以下に
説明する。
この発明の好適な実施例について第2図〜第6図に基づ
いて説明する。
ステップI ECU40における最初の動作として、車両100にお
ける各センサの検出信号をCPU48に入力する。すな
わち、ヨー角センサ26によつて検出されたヨー角01
対地速センサ20によって得られた対地速V、横偏位セ
ンサ22によって得られた横偏位y1地点信号受信器2
4によって得られた地点信号d1操舵角センサ28によ
って得られた操舵角ΦがA/D変換回路42、またはI
/F回路44を介しデジタルデータとしてRAM50に
記憶される。
ステップ2 次に、ECU40はこのRAM50に記憶されたデータ
を物理的な意味を持つ工学量に換算する。
すなわち、対地速センサ22によって得られた速度信号
Vは、所定の換算係数KVを乗算し、時速に換算する。
V−vxKV [km/hl なお、対地速センサ22から出力される速度信号Vは、
対地速Vとの間に線形関係があるようにその内部回路に
おいて特性が付与されている。このため、上述のように
対地速センサ22の出力信号Vは、対地速V[km/h
]に変換される。
横偏位Yは、横偏位センサ20から出力される横偏位信
号yに所定の換算係数Kyを乗算することによって算出
する。
Y曽yXKy [ml なお、横偏位センサ20の出力信号yも、横偏位センサ
20内の回路において横偏位Yとの間に線形性が付与さ
れている。そして、換算係数Kyを乗算することにより
単位がメートル[mlのデータに換算される。
操舵角φは操舵角センサ28から出力される回転角信号
Φに所定の換算係数にφを乗算することによって算出す
る。すなわち、換算係数にφを乗算することにより単位
が[d e g]のデータに換算される。
走行距離1は、次の式によって算出する。
J−Jl    +Vxt [ml (n−t) ここで、l   は1制御周期前の走行距離(n−t) Cm]であり、tはECU30における制御周期[se
c]である。
このため、対地速センサ22からの車速Vによって走行
距離lが順次加算されて行く。
ここで、この走行銀Mj!は、地点信号D(地点信号d
をCPU48によって処理し、単位[mlの信号に換算
したもの)によって校正される。すなわち、地点信号り
が入力された場合には、その地点信号りに対応して予め
記憶されている距離データが走行距離1の初期データと
してその都度入力され、走行距離1の校正が行われる。
第3図(A)に示すように、コース10の所定の地点に
イ、口、ハ、・・・ に地点信号発信器14が設けられ
ており、これら地点信号発信器14は第3図(Eli)
に示すような距離についての信号を発信する。そこで、
地点信号受信器24からの信号dによってCPU48は
その地点における正確な走行距離lを知ることができる
。そして、CPO48はこのようにして知った走行距離
lを走行距離の積分初期値として入力し、走行銀M、1
!の校正を行う。
ヨー角θは、次式によって算出する。
θ−08−θ[d e gl ここで、θ1はドライバーによる教示時に走行距離lに
対応して記憶しておいて目標ヨー角であり、第4図に示
すように走行銀MJIに対応して予めROM4 Bに記
憶されている。なお、このθ9は走行距離1に対応して
マツプとして記憶されているため、データがない場合も
ある。この場合は、前後のデータである走行銀Mi11
及びj!2に対する目標ヨー角θ1 及びθ2*より一
次補間計算* により目標ヨー角θ1を算出する。
θ −(θ1*−θ2*)XJI/ (j!211)* このようにして、ヨー角θが予め記憶されている目標ヨ
ー角θ9と実際に検出されたヨー角eとの差として得ら
れる。
そして、このヨー角に基づいてヨーレートγを算出する
γ−θ−θ   /T[deg/s] (n−T) ここで、θ   は、T秒前のヨー角である。
(n−T) このようにしてヨー角の時間変化、すなわちヨーレート
γが算出される。なお、ヨーレートγは以後の制御演算
を考慮して、rOJの値を取らない001という制限を
加える。
ここで、ヨーレートγは、例えば振動ジャイロを用いた
ヨーレートセンサ等で直接検出してもよい。
ステップ3 次に、現在の車両の走行状態から、将来どの程度コース
ずれを起こすかについてのコース誤差予測を行う。この
予測は、現状の横偏位Yとドライバーが教示した目標横
偏位Y との差(現状の横ずれ)と車両のヨー角θと、
現在の車速Vから数秒光の車両の横ずれを予測する。
すなわち、第5図に示すように、目標変位Y*と現在の
横変位及び現在のヨー角θから、所定の前方注視距ML
における予測誤差εを算出する。
千D1誤差ε−(Y  −Y)−〇×Lここで、車両の
回転方向は、反時計方向を正としている。また、Lは前
方注視距離であり、車速Vと予見時間Tpを乗算したも
のである。そして、この予見時間Tpを1〜2秒程度に
設定すれば、1〜2秒後の予D1誤差εを算出すること
ができる。
また、Y は、ドライバー教示時の目標横偏位であり、
走行距離lに対応してROM46に記憶されており走行
距離lを基に索引することができる。
このように、車両100の現在位置よりそのまま走行し
た場合におけるずれの予測が上述の式によって行える。
ステップ4〜9 ステップ4においては、予測誤差εの大小比較を行い、
大きさによって操舵補正の方法を分ける。
すなわち、予測誤差εが0.1m以上と大きな場合には
、ステップ5に進み、ここで以前からの予測誤差εが大
きかったかどうかをフラグ(FLAG)によってチエツ
クする。そして、フラグが「0」であれば、今回初めて
予測誤差εが大きくなったものと判断してこのときの車
両が目標コースからずれていく方向をヨーレートγで代
表してこれをステップ6でγbとして記憶する。
γb−γ そして、予測誤差が大きかったことのフラグ(FLAG
)をステップ7で「1」にセットしておく。
また、ステップ8において、速やかに操舵補正を行うた
め、サンプル・ホールド終了時間VTを現時間Time
と同じにする。
一方、フラグが「1」であれば、以前から予測誤差εが
大きな状態であり、操舵補正に対する効果確認のための
サンプル争ホールドが行われているものと判断する。そ
して、この場合にはヨーレートγの記憶等は行わず、そ
のままステップ10に進む。
予測誤差εが小さいときは、フラグをステップ9におい
て「0」にセットし、ステップ10へ進む。
ステップ10 ステップ10では、現在の時刻Timeがサンプル・ホ
ールド終了時刻VTであるかを判断する。
ここで、時刻がサンプル・ホールド終了時刻VTに達し
ていなければそのまま駆動を続ければよいため、操舵の
補正はせずステップ21へ進む。−方、時刻Timeが
サンプル・ホールド終了時刻VTに達していたときは、
ステップ11へ進み、操舵補正を行う。
ステップ11〜12 ステップ11ではステップ4〜9において設定した誤差
大フラグのチエツクを行う。すなわち、誤差大フラグが
「0」であれば、コース誤差は少ないものとしてステッ
プ12へ進み、誤差εを利用して操舵補正を行う。すな
わち、ステップ12においては操舵補正量ΔUとして、
次の値を与える。
ΔU−εXKs ここで、Ksは値を所定のものとするための係数である
一方、誤差大フラグが「1」の場合には、コース誤差が
太き(なる傾向にあるとしてステップ13に進み操舵補
正を行う。
ステップ13 ステップ13は、コース誤差が大きい場合における操舵
補正であり、操舵補正の結果車両が目標コースへ戻ろう
としているかどうかの判断を加味している。
すなわち、誤差が大きいと認識されたときのヨーレート
γbと操舵補正した後の(サンプル・ホールド時間の経
過後の)ヨーレートγを掛は合わせ、この乗算結果をそ
の絶対値で割ることにより、車両の向きがコース誤差の
少なくなっていく方向に変わっているか否かを検出する
γb×γ/1γbxγ1 この値が正の場合は、効果が完全には現れていないもの
とし、ステップ14に進む。一方、上述の検出結果が負
の場合には、車両の向きが変り効果が現れているものと
して、ステップ15へ進む。
ステップ14 ステップ14では、操舵補正の効果が現れていないもの
として、誤差εとヨーレートγとゲイン係数Kpより、
操舵補正量ΔUを求める。
ΔU−ε×γXKp ここで、ヨーレートγを係数として用いており、操舵補
正量をヨーレートγに比例したものとしている。従って
、予測誤差εが早い速度で増加しており(ヨーレートが
コースずれの方向に増大している)、ヨーレートが大き
い場合に操舵補正量ΔUがヨーレートに比例して大きく
なる。そこで、予測誤差εの増大傾向を速やかに抑制す
ることができる。一方、ヨーレートγが小さい場合には
、予測誤差どの増加傾向が小さいため、操舵補正量ΔU
を必要以上に大きくせず、滑らかに車両が目標のコース
に戻るようにできる。
このように、操舵補正の効果が現れていない時に操舵補
正量ΔUをヨーレートγに比例したものとすることによ
って、適確な操舵補正を行える。
ステップ15 ステップ15では操舵補正の効果が得られているものと
して、過剰な補正を抑えるため、ヨーレートγの逆数を
係数として用い、誤差εにゲイン係数Knを乗算して操
舵補正量ΔUを求める。
ΔU■ε×(1/γ)XKn 操舵補正量ΔUをこのようにして求めれば、ヨーレート
γが大きいときには新たな操舵補正量ΔUが小さく、ヨ
ーレートγが小さいときには操舵補正量ΔUが大きくな
る。
従って、以前の操舵補正で十分な効果が得られていると
きに新たな操舵補正量ΔUが小さく、操舵補正が不足し
ているときに操舵補正量ΔUを太き(することができ、
過剰な操舵補正を効果的に抑制することができる。
ステップ16 次に、走行距離に応じてどのような操舵を行うかについ
てのプログラム操舵値θpを算出する。
プログラム操舵値θpは、ドライバー教示により与えら
れた操舵量を第6図に示すように走行距離lに応じて記
憶したものであり、走行距Mj!を与えてプログラム操
舵値マツプからθpを索引する。
ステップ17〜19 ステップ17では、現状の操舵musすなわち今回の補
正を行わない値を以前の操舵量ubとして記憶する。な
お、これはステップ19においてサンプル・ホールド時
間Tsを求めるためである。
ステップ18では今回の制御における最終的な操舵量U
を次式によって求める。
操舵ff1u−プログラム操舵Cαθp+操舵補正量Δ
U ステップ19 ステップ19ではサンプル・ホールド時間Tsを求める
。サンプル・ホールド時間Tsは、最終操舵11uの変
化の逆数によって決定する。
これは、操舵量Uの変化が大きければ、車両の向きの変
化が早いため、必要以上に操舵をホールドした場合、反
対方向にずれてしまう危険があり、これを防止するため
である。また、KTはサンプル・ホールド時間を適当な
量に設定するためのゲイン(定数)である。
Ts=KT/I u−ub l    [s ec]ス
テップ20 ステップ20では、次のサンプル・ホールドの終了時刻
VTを求めるため、今までの終了時刻VTにサンプル・
ホールド時間Tsを加算し、これを新たなサンプル・ホ
ールド終了時刻VTとして記憶する。
ステップ21では制御の経過時間Δtをカウントし、現
時刻を計数する。
そして、ステップ22において、前記演算で得られた操
舵fluを操舵アクチュエータに出力し、操舵の制御を
行う。
このように、上述の実施例によれば、このように、操舵
補正を前回の操舵補正の効果が現れているかどうかを判
断することによって、常に最適なものとでき、車両のふ
らつきを抑制し安定した自動操縦を得ることができる。
また、サンプル・ホールド時間を操舵の変化量に応じて
変更できるため、操舵必要以上の操舵ホールドによる操
舵遅れを防止することができ、操舵遅れによるコースず
れの増大を防止することができる。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明に係る自動操縦制御装置
によれば、ヨーレートの変化によって操舵補正の効果が
現われているか否かを判断し、これに応じて操舵補正を
適当なものとするため、車両のふらつきを低減し、安定
した自動操縦を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係る車両用自動操縦制御
装置の全体構成を示すブロック図、第2図はこの発明の
実施例の動作を説明するためのフローチャート図、 第3図は地点信号りによる走行距離りの校正を説明する
ための説明図、 第4図は目標ヨー角θ の算出を説明するための特性図
、 第5図は予測誤差εの算出方法を示す説明図、第6図は
プログラム操舵値θpの特性を示す特性図である。 10 ・・・ コース 12 ・・・ 誘導ケーブル 20 ・・・ 横偏位センサ 26 ・・・ ヨー角センサ 40 ・・・ 演算制御回路(ECU)100  ・・
・ 車両 〕キー!、化l Q fごよイト)テン1丁@fiつし
第3図 第 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)誘導路に対する横変位、ヨーレート等の走行状態
    を計測しこの計測値に基づいて自動的に操舵を行う車両
    用自動操縦制御装置において、予め定められた誘導路を
    運転者が運転して教示した目標コース及びこの目標コー
    スを運転するときの操舵量を記憶する教示データ記憶手
    段と、この教示データ記憶手段の教示内容に従って車両
    が現在位置から所定距離先まで走行した場合における目
    標コースとの誤差を予測する予測誤差演算手段と、 この予測誤差が大きいときに所定の操舵補正を行う操舵
    補正手段と、 予測誤差が所定の値より大きい時にそのときのヨーレー
    トを記憶する記憶手段と、 所定のホールド時間間隔でそのときの操舵量を記憶し、
    その操舵量に維持するサンプル・ホールド手段と、 上記ホールド時間経過時に上記記憶手段によって記憶さ
    れている前回のヨーレートと今回のヨーレートを比較し
    、ヨーレートの向きが変化していた場合には、上記操舵
    補正手段における操舵補正量としてそのときのヨーレー
    トに逆比例した値を採用し、変化していない場合にはそ
    のときのヨーレートに比例した値を採用する操舵補正量
    選択手段と、 を有することを特徴とする車両用自動操縦制御装置。
JP1063047A 1989-03-14 1989-03-14 車両用自動操縦制御装置 Expired - Fee Related JP2757435B2 (ja)

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