JPH04294405A - 車両用自動操縦制御装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本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に従い車両を自動的に
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
ものである。

【０００２】

【従来の技術】予め定められた走路を自動的に走行する
自動操縦車が周知であり、工場内の無人搬送車や耐久走
行試験などで用いられている。このような自動操縦車に
おいては、まず誘導路を運転者が実際に走行して誘導路
が目標コースとして教示され、この教示時の各種アクチ
ュエータの操作量が検出され目標コースと共に記憶手段
に格納される。そして、この教示内容に従って車両を走
行制御する際、現在位置から所定距離先まで走行した場
合の予測誤差を逐次演算し、この予測誤差に応じて教示
内容を修正し各種アクチュエータの操作量を演算するも
のである。

【０００３】例えば、図７に示されるように車両が目標
コースに対してΔｌだけ離れた地点Ｅを走行している場
合を考える。この地点Ｅから所定距離Ｌだけ走行した場
合に生じるであろう予測誤差εは、図よりＡＣ＝ＡＢ＋
ＢＣ ＝ε０　＋ε１　 ＝ε０　＋Δｌ−Ｌ・θ となる。但し、地点Ｅにおける車両のヨウ角をθとして
いる。従って、教示内容により修正することができる誤
差ε０　に加えてこのε１　＝Δｌ−Ｌ・θを解消する
ような操舵角を与えることにより、車両は地点Ｅから本
来の目標地点である地点Ａに到達することができる。

【０００４】より具体的には、誤差ε０　を解消するた
めの教示操舵角δ０　に加えて誤差ε１　を解消するた
めのステアリング操舵角Ｋε１　（Ｋはフィードバック
制御ゲイン値）を印加して操舵アクチュエータをフィー
ドバック制御すればよい。

【０００５】しかしながら、運転者が実際に走って目標
コースを教示した場合の走行条件とこの教示内容に従っ
て車両が目標コースに従い自動走行する場合の走行条件
とが路面の摩擦係数μや車速の変化により異なる場合、
必ずしも目標コース上を正確に走行できない問題があっ
た。

【０００６】そこで、本願出願人は先に特願平３−１３
５９５号にて教示運転時と実際の自動操縦走行時とで走
行条件が異なった場合でも対応可能とすべく、車両の現
在のヨーレートや横加速度を評価して教示データを補正
する制御を提案した。

【０００７】すなわち、教示運転時と自動操縦制御時と
の走行条件の変化が反映された物理量である車両のヨー
レートや横加速度により予測誤差εを算出し、

【０００
８】

【数１】

【０００９】により教示操舵角θを補正するのである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、現在の車
両のヨーレートや横加速度を考慮して補正することによ
り路面の摩擦係数が教示運転時と異なる場合にも対応す
ることができるが、教示運転時の車速と実際の自動操縦
時の車速とが異なる場合には制御時間ｔ毎に積算される
誤差の項Ｋｉ∫εｄｔでは制御ゲインＫｉが一定である
ため対応することができず操舵が不安定になってしまう
問題があった。

【００１１】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑み
なされたものであり、その目的は教示運転時と車速が異
なる場合においてもフィードバックゲインを最適化し、
安定な制御を可能とする車両用自動操縦制御装置を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の車両用自動操縦制御装置は、誘導路に対す
る現在の車両の位置及び走行状態を計測しこの位置及び
走行状態に基づいて自動操縦のための各アクチュエータ
を操作制御する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時の各アクチュエー
タの操作量δ０　や車速Ｖ０　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及び車両
の走行状態に従って車両が現在位置から所定距離先まで
走行する場合の予測誤差εを演算する予測誤差演算手段
と、この予測誤差εに応じて下記の式に従い教示内容を
補正してアクチュエータの操作量δを演算するアクチュ
エータ操作量演算手段と、を有することを特徴とする。

【００１３】

【００１４】

【作用】本発明の車両用自動操縦制御装置はこのような
構成を有しており、従来一定であった制御ゲインＫｉを
教示運転時の車速Ｖ０　と現在の車速Ｖとの偏差Ｖ０　
−Ｖに応じて決定し、

【００１５】

【００１６】により教示データを補正するものである。

【００１７】このように、制御ゲインを車速に応じて最
適化することにより、フィードバック制御をより安定し
て行うことができる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を用いながら本発明に係る車両用
自動操縦制御装置の好適な実施例を説明する。

【００１９】図１には本実施例の構成が示されており、
車両の横偏位を検出するための前部磁界センサ１１０ａ
、前部横偏位検出回路１１１ａ、後部磁界センサ１１０
ｂ、後部偏位検出回路１１１ｂが設けられ、誘導路に設
けられた誘導ケーブル２０から出力される磁界を検出し
て車両の横偏位を求めると共に、ヨー角も求めている。 すなわち、前部の横偏位をＹｆ、後部の横偏位をＹｒと
すると、車両２８の横偏位Ｙは、 Ｙ＝（Ｙｆ＋Ｙｒ）／２ となり、また車両２８の全長をａとすると、車両のヨー
角θは、 θ＝（Ｙｆ−Ｙｒ）／ａ となる。

【００２０】また、車速を求めるためのマグネットピッ
クアップ１１４が設けられ、マグネット回転板１１３の
回転数を検出することにより車速を検出する。

【００２１】そして、誘導路における車両の位置を検出
するためのアンテナ１１５及び基準位置検出回路１１６
が設けられ、誘導路の所定地点毎に設けられている位置
ビーコンから出力される電波をアンテナ１１５にて受信
し基準位置検出回路１１６に供給することにより、コー
ス上の基準位置が検出される。

【００２２】さらに、車両のヨーレートを検出するヨー
レートセンサ、車両の横加速度を検出する横加速度セン
サ１１８が設けられる。

【００２３】また、前述した各種センサから検出信号を
入力して演算処理を行う演算処理回路ＥＣＵ２４と、車
両を操縦する各種アクチュエータの操作量をフィードバ
ックして所定の処理を行うフィードバック処理回路２６
が設けられ、車両のステアリング３０を制御する構成で
ある。

【００２４】なお、本実施例においては教示運転モード
と自動運転モードとを切り換えるマニュアルスイッチ３
４とこのモード状態を識別するための表示ランプ３６を
車両の運転席近傍に設けている。

【００２５】図２には教示内容から最終的なアクチュエ
ータ操作量を求めるまでの演算処理ブロック回路が示さ
れており、目標コースマップ１４１と操舵量マップ１４
２は演算処理回路ＥＣＵ２４内の教示データ記憶手段に
設定されている。この目標コースマップ１４１には、教
示運転の際に位置ビーコン２２などから検出した位置Ｘ
の情報とこの位置Ｘにおける教示運転時の横偏位Ｙ０　
とヨー角θ０　、さらにはヨーレートω０　、横加速度
ｄ２　Ｙ０　／ｄｔ２　が平均化部２４１にて平均化さ
れ記憶されている。そして、操舵量マップ１４２には教
示運転において運転者がステアリングを操作した量が操
舵量として平均化部２４２にて平均化されて記憶されて
いる。　　また、演算処理回路ＥＣＵ２４内の予測誤差
演算手段１６として加減算器１６２、誤差算出部１６３
、ゲイン乗算器１６４，１６５、積分器１６６が設けら
れ、アクチュエータ操作量演算手段として加算器１８１
が設けられている。

【００２６】本実施例の自動操縦制御装置はこのような
構成からなり、以下図３に示す状態で車両が走行してい
る場合を例にとりその動作を詳細に説明する。

【００２７】図３においては、目標コース８００上を自
動走行する場合を示しており、車両２８が現在この目標
コース８００からΔｌｍ（横偏位）離れた地点を走行し
、このときの車両のヨー角はθ、ヨーレートはωである
。このヨー角θは目標コース８００の接線８０１に対す
る車両の向きである。この状態において、所定距離Ｌｍ
先の予測誤差量を算出する。なお、この距離Ｌは通常車
両運転者が注視するであろう１０乃至２０ｍが好適であ
る。

【００２８】このとき、Δｔ秒後の実際の車両の予測位
置をＱ地点とすると、予測誤差ＰＱは、

【００２９】

【数２】

【００３０】となる。但し、ε１　＝Δｌ−Ｌ・θ，ε
２　＝Ｌ２　（ω０　−ω）／２Ｖであり、また、α＝
ωｔ，β＝ω０　ｔ，Δｔ＝Ｌ／Ｖ，Δｌ＝Ｙ０　−Ｙ
であり、Ｖは車速である。

【００３１】このように、現在位置から教示運転時に教
示された操舵角δ０にて車両がＬだけ走行した場合に生
じるであろう予測誤差ＰＱが算出されるが、ε１　＝Δ
ｌ−Ｌ・θは従来の車両のヨー角θにて生じる誤差であ
り、一方残りのε２　は従来の教示内容に従ったステア
リング操舵角δ０　及びヨー角θによる誤差Δｌ−Ｌ・
θにて解消しきれない誤差、すなわち図６のＡＡ´に相
当する。そして、このε２　は教示内容δ０　が現在の
走行条件に応じた適正な操舵角でないことから生じたも
のであり、すなわちこの不適正な操舵角により生じるヨ
ーレートの相違（ω０　−ω≠０）により生じたもので
あり、従ってこの走行条件の相違により生じた予測誤差
ＰＱを解消して目標コース８００上の本来の地点Ｐに車
両を到達させるためにはＰＱ＝０となるようなフィード
バック制御を行えば良い。

【００３２】より具体的には、教示内容のステアリング
操舵角δ０　にこの予測誤差εを解消するためのフィー
ドバック制御ゲインを乗じた値及び制御時間ｔ毎に積算
される誤差を付加してδ０　教示内容を補正すれば良い
。すなわち、

【００３３】

【００３４】となる。ここで、Ｋｐは比例制御ゲインで
ある。また、Ｋｉ（Ｖ０　，　Ｖ）は積分制御ゲインで
あり、教示車速Ｖ０　と計測された現在車速Ｖとの偏差
により定まる値である。図４に本実施例における車速偏
差Ｖ０　−Ｖと積分制御ゲインＫｉ（Ｖ０　，　Ｖ）と
の関係が示されている。横軸は車速偏差Ｖ０　、縦軸は
積分制御ゲインＫｉを示している。図からわかるように
、Ｖ０　−Ｖ＞ａ２　の場合にはＫｉ＝ｂ２　、ａ１　
＜Ｖ０　−Ｖ＜ａ２　の場合にはＫｉ＝（Ｖ０　−Ｖ）
・ｂ２　／ａ２　、Ｖ０　−Ｖ＜ａ１　の場合にはＫｉ
＝ｂ１　となる。

【００３５】このように積分制御ゲインＫｉを設定する
ことにより、車速Ｖと教示車速Ｖ０　との偏差が小さい
場合には予測誤差εを小さく評価し、偏差が大きい場合
には予測誤差εを大きく評価して教示内容を補正する。

【００３６】なお、積分制御ゲインＫｉはＶ０　、Ｖの
関数であり、Ｖ０　、Ｖの測定誤差によりこの積分制御
ゲインの値がばらつく可能性があるが、積分することに
よりこの測定誤差の吸収を図っている。従って、Ｖ０　
とＶの差が小のとき、あるいはＶ＞Ｖ０　となった場合
にも積分項の増大による操舵の不安定を防ぐことができ
る。

【００３７】このように、車両の現在位置に基づき操舵
量マップ１４２から教示内容δ０　を読み出し、この教
示操舵角δ０　にてＬだけ走行した場合に生じるであろ
う予測誤差εを誤差算出部１６３にて算出し、ゲイン乗
算器１６４，１６５及び積分器１６６にてこの誤差を解
消するための制御量が決定され、加算器１８１にて教示
操舵角δ０　に付加して補正することにより教示運転時
の走行条件と自動操縦運転時の走行条件とが異なる場合
においてもその走行条件の違いが反映したヨーレートを
用いて予測誤差を算出し教示内容を補正するので正確に
目標コース上を走行することができる。

【００３８】なお、前述したように本実施例においては
ヨーレートを用いた制御方法を示したが、勿論横加速度
を用いた制御を行うことも可能である。例えば、図４に
示されるように現在の車両の横加速度がｄ２　Ｙ／ｄｔ
２　である場合、図より

【００３９】

【数３】

【００４０】であり、すると、予測誤差ε＝ＰＱは、

【
００４１】

【数４】

【００４２】となり、このε２　が図７のＡＡ´、すな
わち教示内容の不適性さに伴う誤差である。従って、前
述の場合と同様にこのε＝ＰＱを解消するように教示ス
テアリング操舵角δ０　を補正してステアリング操作角
を制御すれば良い。

【００４３】第２実施例 図６には本発明の第２実施例の処理ブロック図が示され
ている。本第２実施例においては前述の第１実施例と異
なり、予め種々の走行条件に応じた複数の教示内容をマ
ップとして記憶しておき、実際の自動操縦制御時の走行
条件に最も合致する教示内容を選択して走行制御を行う
ものである。

【００４４】すなわち、予め運転者が目標コースに沿っ
て車速Ｖと路面の摩擦係数μの異なる走行条件において
実際に車両を運転し、この時の横偏位Ｙやヨー角θ、操
舵角δを車両位置ｘに対応して記憶する。つまり、教示
内容のデータフォーマットは条件（Ｖ１　，μ１　）に
ついて 操舵角δ１　（Ｖ１　，μ，ｘ）；横偏位Ｙ１　（Ｖ１
　，μ１　，ｘ）；ヨー角θ１　（Ｖ１　，μ１　，ｘ
）条件（Ｖ２　，μ２　）について 操舵角δ２　（Ｖ２　，μ２　，ｘ）；横偏位Ｙ２　（
Ｖ２　，μ，ｘ）；ヨー角θ２　（Ｖ２　，μ２　，ｘ
）条件（Ｖ３　，μ３　）について 操舵角δ３　（Ｖ３　，μ３　，ｘ）；横偏位δ３　（
Ｖ３　，μ３　，ｘ）；ヨー角θ３　（Ｖ３　，μ３　
，ｘ）のように記憶される。そして、自動運転時にはこ
れら複数のプログラム値からその時の走行条件に応じた
プログラム値を算出して制御を行うのである。以下、こ
の算出方法を詳細に説明する。

【００４５】一般に、車速Ｖ，路面の摩擦係数μ、操舵
角δの間の関係は次のように表すことができる。

【００４６】ａＶ＋ｂμ＋ｃδ＝１ これは空間座標（Ｖ，μ，δ）における平面の方程式に
他ならない。この式に（Ｖ１　，μ１　，δ１　）、（
Ｖ２　，μ２　，δ２　）、（Ｖ３　，μ３　，δ３）
を代入して係数ａ，ｂ，ｃを求めると

【００４７】

【数５】

【００４８】となる。そして、このようにして求められ
るａ，ｂ，ｃを横偏位Ｙ，ヨー角θについても同様に計
算し、それぞれ車両位置ｘに対応させてマップとして再
び記憶する。すなわち、 操舵角について（ｘ；ａδ，ｂδ，ｃδ）横偏位につい
て（ｘ；ａＹ，ｂＹ，ｃＹ）ヨー角について（ｘ；ａθ
，ｂθ，ｃθ）そして、車速Ｖ、路面の摩擦係数μの走
行条件下で自動運転を行う際には以下の式によりステア
リング操作量ｕ（Ｖ，μ，ｘ）を演算する。

【００４９】 　　　　ｕ（Ｖ，μ，ｘ）＝δ（Ｖ，μ，ｘ）＋Ｋ｛ｙ
（Ｖ，μ，ｘ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　−Ｌ・θ（Ｖ，μ，ｘ）｝　　　　　　　　　　…
……（２）　　但し、δ（Ｖ，μ，ｘ）＝（１−ａδＶ
−ｂδμ）／ｃδｙ（Ｖ，μ，ｘ）＝（１−ａＹＶ−ｂ
Ｙμ）／ｃＹθ（Ｖ，μ，ｘ）＝（１−ａθＶ−ｂθμ
）／ｃθここでＫはフィードバック制御ゲインである。 このように、予め複数の走行条件に応じた教示内容を用
意しておき、実際の走行条件に最も合致したステアリン
グ操作量をこれらの教示内容から推定することにより、
教示運転時と異なる走行条件においても目標コース上を
走行することができる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る車両
用自動操縦制御装置によれば、教示運転時と実際の自動
操縦走行時において車速や路面の摩擦係数μに伴う走行
条件の変化が生じても確実に教示された目標コースに沿
って車両を走行させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の概略構成を示すブロ
ック図である。

【図２】同実施例の操舵量制御を行う構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】同実施例における予測誤差算出説明図である。

【図４】同実施例における積分制御ゲインの説明図であ
る。

【図５】同実施例における予測誤差算出説明図である。

【図６】本発明に係る第２実施例の操舵量制御を行う構
成を示すブロック図である。

【図７】従来装置における予測誤差算出説明図である。

【符号の説明】

１６　　予測誤差演算手段 ２０　　誘導ケーブル ２２　　位置ビーコン ２４　　演算処理回路ＥＣＵ ２６　　フィードバック処理回路 ２８　　車両 １４１　　目標コースマップ １４２　　操舵量マップ ８００　　目標コース

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　誘導路に対する現在の車両の位置及び
   走行状態を計測しこの位置及び走行状態に基づいて自動
   操縦のための各アクチュエータを操作制御する車両用自
   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
   を運転する時の各アクチュエータの操作量δ０　や車速
   Ｖ０　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及び車両の走行状態に従って車両
   が現在位置から所定距離先まで走行する場合の予測誤差
   εを演算する予測誤差演算手段と、　　この予測誤差ε
   に応じて下記の式に従い教示内容を補正してアクチュエ
   ータの操作量δを演算するアクチュエータ操作量演算手
   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。 但し、Ｋｐ、Ｋｉ：制御ゲイン ｔ　　　　：制御時間 Ｖ０　　　：教示車速 Ｖ　　　　：現在車速