JPS5844242B2 - 追従操舵信号発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は追従操舵信号発生装置に関し、特にたとえば
自動車、航空機等の移動体の所望の進路に沿って進むべ
き方向を予め記録媒体上に記録された経路に関連して表
わすような方位信号あるいは移動体の操縦（操舵）方向
信号を発生させる追従操舵信号発生装置に関する。

たとえば自動車等が進行すべき方向をたとえば地図等の
記録媒体上に予め記録した経路に基づいて演算して、当
該自動車の進路指示または方向案内ができれば大変便利
である。

それゆえに、この発明の主たる目的は、そのような要求
を満たし得る新規な追従操舵信号発生装置を提供するこ
とである。

この発明の他の目的は、比較的簡単な構成でありかつ安
価であって、しかも正確な追従操舵信号発生装置を提供
することである。

この発明のさらに他の目的は、たとえば操舵角。

傾斜姿勢等の移動体の制御および移動情報を加味して、
さらに正確な追従操舵信号を発生する追従操舵信号発生
装置を提供することである。

この発明は、要約すれば、自動車、航空機等の移動体が
所望の経路に沿って進行する場合に該移動体に設けられ
た移動距離および方位を検出する手段によって、この移
動体の座標上における現在位置情報が導出される。

さらに、移動体の移動すべき経路を予め記録しておき、
この経路記録手段を走査して走査情報を経て、前記移動
体の座標位量情報および方位情報と前記走査情報と前記
移動体の制御および移動運動情報とに応答して前記移動
体の座標位置から前記走査検知された位置へ進行すべく
この移動体に方位を知らせるようにした。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特徴は図面
を参照して行なう以下の詳細な説明から一層明らかとな
ろう。

第１図はこの発明の背景となる想定された移動体が、記
録された経路を検出する一例を説明するための幾何学的
図解図であり、第２図は同じく追従操舵信号発生装置を
示す概略ブロック図であり、第２Ａ図は第２図に示す補
償装置の概略ブロック図である。

経路記録手段としてのたとえば地図１上には、移動体の
進むべき経路ＬＮが予め記録されている。

そして、この地図１上において、想定された移動体３′
と、この想定された移動体３′と予め定める距離ｌ隔て
て走査検出点Ｓが設定される。

この想定された移動体ぎの中心をＰとし、この中心Ｐか
ら検出点Ｓまでの距離を前記ｌとする。

なお、検出点Ｓは移動体３′の進行方向前方の点であっ
て、この地図１上での移動体３′の移動に関連して移動
するものとする。

さらに、地図１における特定の方位（この実施例では北
）に対して前記想定された移動体３′と検出点Ｓとを結
ぶ線がなす角度をθｍとする。

そして、移動体３′の座標位置（Ｘｍ 、 Ｙｍ ）は
、実際の移動体３（第２図）の移動に応じてこの地図１
上に表示されるものであり、検出点Ｓの座標位置（Ｘｓ
、Ｙｓ）は、後述の演算装置４（第２図）から与えられ
るものである。

なお、この例では、移動経路記録手段として地図１を用
い、経路ＬＮは明度の異なる二種類の色たとえば白およ
び黒の境界線として表わされる。

そして、前記走査検出点Ｓは、たとえば光電検出器が用
いられる。

この例において、光電検出点Ｓが白部分を検知したとき
には、移動体３′を左に操舵させるべき信号を発生し、
検出点Ｓが点部分にあれば移動体３′を右に操舵させる
べき信号を発生する。

そして、人間の操縦によりあるいは自動操縦により、移
動体３′が前記信号に応じて移動されたとすると、光電
検出点Ｓもその方向に移動する。

したがって、検出点Ｓにおける地図１の状態を判別し、
その信号を移動体に与えることによって、この経路ＬＮ
に追従させる。

すなわち、この検出点Ｓの信号すなわち走査情報によっ
て、移動体ぎの走行ないし移動すべき方位と現在の方位
との差およびその正負を検出し、この移動体３′すなわ
ち３が進むべき方向を判断する。

そして、この第１図において、たとえば５〜１０７ＩＬ
７ｎ程度の幅のある程度太く描いた経路ＬＮの右端上に
前記検出点Ｓが存在すれば、そのときの移動体３′の現
在の方位がすなわち進むべき方位となる。

なお、想定された移動体ぎの現在位置および方位が、こ
の第１図に示すように、それぞれ座標Ｘｍ、Ｙｍおよび
θｍとして測定され、演算されていれば、前記検出点Ｓ
の位置Ｘｓ、Ｙｓは、次式で与えられる。

Ｘｓ ＝Ｘｍ＋ ＩＪ ｓｉｎθｍ Ｙｓ ＝Ｙｍ＋ １３ ｃｏｓθｍ ここで、ｌがＯであれば、移動体３′の現在位置すなわ
ちＸｍ、Ｙｍがそのまま走査検出点Ｓとなる。

第２図はこの発明の背景となる追従操舵信号発生装置の
例を示す概略ブロック図である。

構成において、地図１上には経路ＬＮが予め記録されて
いる。

この地図１上には、この地図１を走査するかつ前記走査
検出点Ｓとなるべき光検出器２がたとえばＸ−Ｙ記録計
のように位置制御可能に対向的に設けられる。

この光検出器２からの検出信号は、移動体３に与えられ
る。

移動体３には、操舵装置３１、補償装置３２ならびに位
置および方位演算装置３３が設けられる。

補償装置３２は、光検出器２の出力に、無駄時間（遅延
時間）をもたせたり、微分補償、積分補償などいわゆる
特性を良くしたり安定度を増すための補償装置である。

この補償装置３２は第２Ａ図に示すように、時間遅れ要
素３２１と積分器３２２と微分器３２３とセレクタ３２
４と加算器３２５とを含んで構成される。

時間遅れ要素３２１はたとえば遅延回路によって構成さ
れ、積分器３２２は周知のものが用いられ、微分器３２
３は積分器にフィードバックをかけることによって微分
特性を示すものである。

セレクタ３２４は時間遅れ要素３２１．積分器３２２、
微分器３２３のいずれか１つあるいは２つないし３つを
セレクト信号に応じて出力するものである。

加算器３２５は光検出器２の出力とセレクタ３２４から
の出力とを加算するものである。

したがって、この補償装置３２から操舵装置３１にチャ
タリング防止、ＰＩＤ動作等によって補償された信号が
与えられる。

この操舵装置３１によって操縦ないし操舵させる移動体
３の位置および方位は、位置および方位演算装置３３に
よって、与えられる速度情報Ｖｍに基づいて演算される
。

この位置および方位演算装置３３からは、この移動体３
の現在の位置および方位の情報すなわち座標位置Ｘｍ、
Ｙｍおよびθｍが導出され、たとえばマイクロプロセサ
等のような演算装置４に与えられる。

演算装置４では、与えられる距離情報ｌと前記情報Ｘｍ
ｅＹｍ、θｍに基づいて、前述の式によって、検出点Ｓ
すなわち光検出器２の位置情報Ｘｓ、Ｙｓを演算する。

そして、この演算された位置情報Ｘｓ、Ｙｓは、地図１
上の光検出器２に与えられる。

したがって、この演算装置４からの位置情報に応じて、
この光検出器２が移動し、前記検出点Ｓが経路ＬＮ上に
あるかどうかを常に検知する。

たとえば、この検出点Ｓが経路ＬＮよりも左にあるとき
すなわち黒の領域にあるとき、この光検出器２からは右
旋回信号を発生する。

また、そうでないとき、すなわち検出点Ｓが経路ＬＮの
右の白の領域にあるときには、光検出器２からは左旋回
信号を出す。

そして、この信号が移動体３の補償装置３２を介して、
前記操舵装置３１に与えられる。

この移動体３が手動操縦であれば、この補償装置３２か
らの方向指令信号に基づいて操縦すれば良く、自動操縦
の場合であれば、そのような操縦が自動的に行なわれる
。

なお、第１図において、経路ＬＮをある程度太く描いた
のは、この第２図のようなシステムのハンチング動作や
誤動作を防ぐためである。

そして、第２図の例において、反時計方向に走行する場
合には、経路ＬＮの進行方向右端を指令経路とする場合
であるが、進行方向が逆になれば第２図において光検出
器２の論理判断を逆にすれば良い。

第３図はこの発明の詳細な説明するための図である。

ここに示す移動体３はたとえば自動車等の車両であり、
進む方向をかえるための前輪３ａ。

３ ａ’を有している。

移動体３の進行方位と特定の方位（北）とのなす角度は
第１図の説明で述べたようにθｍで表わされる。

そして、この発明はハンドル等を操作することによって
得られる操舵角情報φｄと移動情報とに基づいて、移動
体３の進行方位と前輪３ａとのなす操舵角情報φｄ′を
算出する。

そして、この操舵角情報φｄ′は方位θｍに加算されて
、北を基準にした移動体３の進むべき方位θｍ′になる
。

第４図はこの発明の一実施例のブロック図である。

ここに示すブロック図は第２図に示す移動体３に塔載さ
れ、移動体３の制御および移動運動情報から移動体３の
進むべき方位θｍを補正するための操舵角情報φｄ′を
導出するものである。

図において、第１の演算回路５１には、ハンドル操舵し
たことによって得られる操舵角情報φｄが与えられる。

また、第２の演算回路５２には、第２図に示す想定した
移動体３′の現在位置の座標情報Ｘｍ、Ｙｍおよび方位
情報θｍと、移動体３の路面に対する傾斜角（これは図
示しないが、たとえば移動体３に設けられた傾斜角検知
センサによって検知してもよい）や路面自体の傾斜角（
ＣＡＮＴ）などの傾斜角情報λと、移動体３が道路上の
カーブを曲がるとき移動体３に作用する遠心力情報とが
与えられる。

また、上述の第２演算回路５２は、さらに移動体３が傾
斜していたり、路面が傾斜している場合に、移動体３が
傾斜している方向に曲がろうとするのを見込んで、傾斜
角情報λに基づいて、移動体３の操舵角情報φｄを補正
する補正情報を導出する。

さらに、第２演算回路５２は移動体３が道路上のカーブ
を曲がる際に遠心力によって外側に曲がろうとするのを
見込んで、遠心力情報に基づいて、移動体３の操舵角情
報φｄを補正する補正情報を導出する。

このようにして、第２演算回路５２から導出された補正
情報は前記第１演算回路５１に与えられる。

第１演算回路５１は補正情報に基づいて操舵角情報φｄ
を補正して、より正確な操舵角情報を導出する。

すなわち、たとえば操舵角情報φｄを電圧で表わすとす
れば、第１演算回路を増幅器で構成し、補正情報として
の電圧に基づいて操舵角情報のレベルを補正することに
よって遠戚できる。

第１演算回路５１の出力は補償回路５３に与えられる。

この補償回路５３は前述の第２Ａ図に示した補償装置３
２と同様のものが用いられる。

そして、補償回路５３に含まれる積分器はハンドルを急
激に操作した場合、その変化をゆるやかにし、移動体３
が滑らかに移動できるのに有効である。

微分器は逆にハンドルを急に切ったときの効果を良く、
シたり、予知を行なうのに有効である。

無駄時間要素は自動車のステアリング機構のガタと同じ
く、より滑かさ、また操舵の容易さに有効である。

この補償回路５３から操舵角情報φｄを補償した複数の
出力信号は加算回路５４に与えられ、加算されて操舵角
情報φｄ′として導出される。

この操舵角情報φｄ′は第２図の演算装置４に与えられ
る。

演算装置４では方位情報θｍに操舵角情報φｄ′を加算
した情報と、座標情報Ｘｍ、Ｙｍとに基づいて検出点Ｓ
の座標位置Ｘｓ、Ｙｓを演算する。

なお、より好ましくは加算回路５４の出力に補正回路５
５を設け、この補正回路５５に補助情報収集装置５６か
らの補助情報に基づいて操舵角信号φｄ′を補正するよ
うにしてもよい。

この場合、補助情報として、たとえば道路に対して直交
して設けられている横断歩道に対して移動体３が直交し
て進向しているかを検出し、移動体３の進行角度が横断
歩道に対して直角でなければ直角になるように操舵角情
報φｄ′補正する。

また、道路上の継目が道路に対して直角になるように設
けられているのを検出して利用してもよい。

さらに、移動体３が道路上のセンターラインやレーンラ
インに対して平行に移動しているかを検出し、平行でな
ければ移動体３がセンターライプやレーンラインに対し
て平行となるよう操舵角φを補正するようにしてもよい
。

また、上述の実施例では、想定する移動体３と検出点Ｓ
との間の距離ｌを予め一定距離となるように設定したが
、これはたとえば経路ＬＮの曲率半径などの状況に応じ
て変化させ、その追従特性の改善を行なうようにしても
よい。

すなわち、経路ＬＮが連続的に急カーブを描いていると
きに、距離ｌが長ければ、その急カーブに追従できない
が、その急カーブの曲率半径に応じて距離ｌを短くすれ
ば、そのカーブに追従でき、追従特性の改善を図ること
ができる。

以上のように、この発明によれば、比較的簡単な横取で
安価に、しかも正確に移動体の所望進路への追従を成し
得る追従信号発生装置が得られる。

さらに、操舵角や傾斜姿勢等の移動体の制御および移動
情報を加味したことによってより正確な追従操舵信号を
発生することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の背景となる想定された移動体が記録
された経路を検出する一例を説明するための幾伺学的図
解図である。 第２図はこの発明の背景となる追従操舵信号発生装置を
示す概略ブロック図である。 第２Ａ図は第２図に示す補償装置の概略ブロック図であ
る。 第３図はこの発明の詳細な説明するための図である。 第４図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。 図において、１は地図、２は光検出器、３は移動体、３
′は想定された移動体、４は演算装置、ＬＮは経路、Ｓ
は検出点、５１は第１演算回路、５２は第２演算回路、
５２１はノイズ除去回路、５２２は補間回路、５３は補
償回路、５４は加算回路、５５は補正回路、５６は補助
情報収集装置を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 移動体を成る経路に追従するように操舵するための
   信号を発生する追従操舵信号発生装置であって、 前記移動体の操舵角に関する情報を出力する操舵角情報
   出力手段、 前記移動体の路面に対する傾斜角に関する情報を出力す
   る傾斜角情報出力手段、 前記移動体に作用する遠心力に関する情報を出力する遠
   心力情報手段、 前記経路が異なる２状態の境界線として予め記録された
   地図、 前記地図上における移動体の現在位置から予め定める距
   離を隔てた前記移動体の進むべき予測点に設けられ、前
   記地図上を走査して、前記具なる２状態を検知する走査
   手段、 前記走査手段の検知出力に基づいて、前記移動体の移動
   すべき位置の予測点が前記２状態の境界線に対していず
   れの位置にあるかを判別する判別手段、 前記移動体情報出力手段からの位置情報、方位情報、前
   記判別手段出力および前記予め定める距離に基づいて、
   前記経路に対して前記移動体の進むべき方向を演算する
   演算手段、ならびに、前記傾斜角および前記遠心力が前
   記移動体の進むべき方向に及ぼす作用を打消すために、
   前記傾斜角情報および遠心力情報に基づいて、前記演算
   手段によって演算された前記移動体の進むべき方向を補
   正する補正手段を備えた、追従操舵信号発生装置。