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JP2669074B2 - 自律走行車両の車速感応操舵制御装置 - Google Patents

自律走行車両の車速感応操舵制御装置

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JP2669074B2
JP2669074B2 JP1249313A JP24931389A JP2669074B2 JP 2669074 B2 JP2669074 B2 JP 2669074B2 JP 1249313 A JP1249313 A JP 1249313A JP 24931389 A JP24931389 A JP 24931389A JP 2669074 B2 JP2669074 B2 JP 2669074B2
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  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、自律走行車両の車速感応操舵制御装置に関
する。
(従来の技術) 車速感応操舵制御装置には、従来、ドライバの制御動
作モデルとして車両の横方向の位置のコースからのずれ
とコースに対する車両の姿勢角の誤差を検知し、この検
知誤差に応じて操舵を調整する「線形フィードバック補
正操舵モデル」、Lメートル前方における将来の車両の
位置を現在の位置からそのまま姿勢角でLメートルだけ
直進したときの位置として予測し、この予測位置と目標
とするコースとの誤差に比例した操舵修正を行う「予測
制御モデル」、様々の場合を想定した操舵を予めパター
ン化して準備し、時に応じてこの中から適当な操舵を選
んで車両を制御する「プログラム操舵モデル」、ある評
価関数を設定した時、これを最大または最小にする、す
なわち車両の特性に応じて制御動作もかわる「最適制御
モデル」等が提案され、それぞれの妥当性が検証されて
いる。
(発明が解決しようとする課題) 上述した従来の自律走行車両の車速感応操舵制御装置
においては、コースのずれと操舵角との比例定数を安定
性と追従性の両面から任意に選んでいたため、車速が連
続適に変化する車両運動に関しては、十分な検証がされ
ず、これらのモデルを車速可変性の自律走行車両に適用
した場合、安定性と追従性の両面から最適な比例定数を
決定する手段が定められていないため、定速走行でしか
これらのモデルは有効でないという問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、
車速又は走行場面が変化しても操縦安定性の高い操舵制
御を行うことができる自律走行車両の車速感応操舵制御
装置を提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明の自律走行車両の
車速感応操舵制御装置は、第1図に示すように、車両の
進行方向における走行路上の案内線、又は障害物を含む
画像を撮像する撮像手段1と、当該車両の現在の車速を
検出する車速検出手段2と、当該車両の現在の走行場面
が、直線走行、曲線走行、又は障害物回避走行かを判別
する走行場面判別手段3と、前記撮像手段1で撮像した
画像情報と、当該車両の走行基準線とに基づいて、当該
車両が現在の姿勢を維持して走行した際において、当該
車両の所定時間後の到達位置での該走行基準線に対する
当該車両の位置に関する位置偏差、及び該到達位置での
前記案内線に対する当該車両の姿勢に関する姿勢偏差を
それぞれ算出する偏差算出手段4と、前記位置偏差及び
姿勢偏差に対してそれぞれ設定され、これら偏差に対応
する基準となる操舵制御量の重み付けを規定してなるメ
ンバシップ関数を記憶する基準メンバシップ関数記憶手
段5と、前記偏差算出手段4で算出した位置偏差及び姿
勢偏差と、前記車速検出手段2からの現在の車速と、前
記走行場面判別手段3で判別した現在の走行場面とに基
づいて、前記基準メンバシップ関数記憶手段5に記憶さ
れたメンバシップ関数を、該現在の走行場面に応じて前
記位置偏差及び姿勢偏差に対応する操舵制御量の重み付
けを修正するとともに、該現在の車速が高速になる程前
記位置偏差及び姿勢偏差に対応する操舵制御量が小さく
なるように重み付けを修正するメンバシップ関数修正手
段6と、該メンバシップ関数修正手段6で修正されたメ
ンバシップ関数に基づいて、当該車両の操舵制御量を演
算するとともに、該演算された操舵制御量に基づいて操
舵制御を行う走行制御手段7と、を備えてなることを要
旨とする。
(作用) 本発明に係る自律走行車両の車速感応操舵制御装置に
よれば、まず、偏差算出手段4において、撮像手段1で
撮像した画像情報と、当該車両の走行基準線とに基づい
て、当該車両が現在の姿勢を維持して走行した際におい
て、当該車両の所定時間後の到達位置での走行基準線に
対する当該車両の位置に関する位置偏差、及び該到達位
置での案内線に対する当該車両の姿勢に関する姿勢偏差
がそれぞれ算出される。ここで算出された位置偏差及び
姿勢偏差と、車速検出手段2からの現在の車速と、走行
場面判別手段3で判別した現在の走行場面とに基づい
て、メンバシップ関数修正手段6は、基準メンバシップ
関数記憶手段5に記憶されたメンバシップ関数を、現在
の走行場面に応じて位置偏差及び姿勢偏差に対応する操
舵制御量の重み付けを修正するとともに、現在の車速が
高速になる程位置偏差及び姿勢偏差に対応する操舵制御
量が小さくなるように重み付けを修正する。そして、こ
こで修正されたメンバシップ関数に基づいて、走行制御
手段7は、当該車両の操舵制御量を演算するとともに、
該演算された操舵制御量に基づいて操舵制御を行う。こ
のように、車速と走行場面とに応じて適宜修正されたメ
ンバシップ関数に基づいて、特に、車速が高速になる程
位置偏差及び姿勢偏差に対応する操舵制御量が小さくな
るように重み付けが修正されたメンバシップ関数に基づ
いて演算された操舵制御量で車両の操舵制御が行われる
ため、車速が高速の場合における大きな操舵制御の実行
は抑制され、この結果、車速又は走行場面が変化しても
操縦安定性の高い操舵制御を行うことができる。
(実施例) 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第2図に示すように、本発明の一実施例に係わる車速
感応操舵制御装置を適用した自律走行車両は、車両本体
10にカメラ11を備え、走行路12の路面の両側に描かれて
いる案内線である白線13および障害物14を所定の制御周
期で撮像しつつ白線13に沿った経路を自律走行する。
第3図に示すように、本発明の一実施例に係わる自律
走行車両の走行制御装置は、前記カメラ11で撮像した白
線等の撮像信号を入力して画像データを形成し、白線の
位置座標およびその点の接点角を検出する画像処理装置
21と、走行路12のノードパス情報を記憶している地図情
報部23と、走行すべき経路情報を決定する大局的走行制
御部25と、前記画像処理装置21、地図情報部23および大
局的走行制御部25からの情報から操舵角を決定する操舵
制御部27と、該操舵制御部27で決定した操舵角に基づい
てアクチュエータを作動するステアリング駆動部29とか
ら構成されている。
以上のように構成される本実施例の自律走行車両の車
速感応操舵制御装置は、基本的に第4図に示すように、
前記カメラ11で撮像され、画像処理装置21で画像処理さ
れて走行路の白線13から得られた車両移動中心位置偏差
△xおよび車両の進行方向の白線13に対する接続角であ
る車両姿勢△θからなる画像情報(△x,△θ)から操舵
出力偏差△Sを求めるものである。
前記画像情報△xおよび△θは、第8図に示すよう
に、車両10が走行しながらカメラ11によって前方の白線
13を撮像した場合において車両10の移動中心OからLメ
ートル先の地点での車両情報であり、△xは大局データ
で設定された走行基準線からの車両移動中心位置偏差、
△θは白線13に対する車両進行方向の接線角で示される
車両姿勢である。
第4図に戻って、以上のように求めた車両情報△x,△
θを入力値として、予め設定されたファジィ集合からな
るメンバーシップ関数によって各集合への信頼度、すな
わちメンバーシップ値を求める。
メンバーシップ値が求められると、次に制御ルール、
すなわち if △x is X and △θ is T then △S=S(X,T) (X,Tはファジィ集合、Sは実数である) のif側前件部の入力値によるメンバーシップ値を比較
し、小さい値をもって、then側前件部に乗算する(第4
図のステップ301)。
この乗算された値はこれをその制御ルールの出力値と
し、これを全ルールに対して行う(第4図のステップ30
2)。
それから、次式に示すように加重平均計算を行う(第
4図のステップ303)。
ここで、メンバーシップ関数と制御ルールはそれぞれ
基準型を予め設定している(第4図のステップ304)。
具体的には、メンバーシップ関数は、第5図のようなフ
ァジィ集合を離散値集合の配列型にしてコンピュータ内
に記憶してある。
また、制御ルールは、第6図のように△xおよび△θ
の集合毎にテーブルにして出力操舵角を実数値として設
定している。これは、例えば「△xが正方向にやや大き
く(M)、△θが正方向に大きい(B)場合には、操舵
角を−6度に切れ」などというように if △x is X and
△θ is T then △S=S(X,T)なる制御ルールであ
る。
なお、第4図において、大局データとは、現在走行し
ている走行形態が何であるか、すなわち直線路(l)で
あるのか、曲線路(C)であるのか、障害物回避走行
(O)であるのかのデータである。これは、メンバーシ
ップ基準型に対してmb△xl,mb△xc,mb△xo,mb△θl,mb
△θc,mb△θoおよび制御ルール基準型に対してrl,rc,
roなるパラメータからなるが、これを用いることによっ
て1つの基準型を無数に変形させて使用することができ
る。
すなわち、第5図は第7図のように入力変数を0〜16
正規化して考えることができるため、直線路において入
力変数を例えば△xo,△θoとした時、 △xo=8・(△xo+mb△x)/mb△x △θo=8・(△θo+mb△θ)/mb△θ のように△xo,△θoを0〜16の値として扱うことがで
きる。また、制御ルールに対しては、ルールの後件部S
(X,T)を走行場面によって係数倍し、S(X,T)=S
(X,T)・rlなる値として扱う。同様に曲線路、障害物
回避等についても場面によってパラメータを切り換える
ことによって同一のメンバーシップ関数や制御ルールを
対応するメンバーシップ関数や制御ルールとして使用す
ることができる。
また、車速が例えば5km/h以下のように低速の場合に
も、上述したものと同一のメンバーシップ関数を用いて
操舵制御を行うことができるのは勿論であるが、高速に
なる程、操安定が低下し、走行基準線への追従が悪くな
り、蛇行する傾向になる。従って、上記メンバーシップ
基準型に対するパラメータmb△xi,mb△θi(i
l,o,c)をそれぞれ車速の平方根に比例した関数 および (なお、i=l,o,cであり、vは車速、▲mb△x
▼,▲mb△θ ▼,ri,ri′は定数)によって変化
させ、これにともなってメンバーシップ関数を変化させ
て、高速になる程入力値に対する不感帯幅を大きくする
ようにした。すなわち、第9図に示すように、例えばmb
△xについて考えると、現車速に対するmb△x値がmb△
xlであるとき、車速が上昇した結果、mb△xl′(>mb△
xl)となり、各メンバーシップ関数全体が拡大された型
となる。
以上の処理を第10図のフローに従って説明する。カメ
ラ11で撮像され、画像処理装置21で画像処理して得られ
た車両状態である△xおよび△θを入力する(ステップ
901)とともに、車速vおよび直線路走行、曲線路走行
または障害物回避走行等の走行形態i=l,cまたはoを
入力し、これに基づいてメンバーシップ関数に対するパ
ラメータを車速の平方根に比例した関数として変形する
(ステップ904)。それから、メンバーシップ関数を変
形し(ステップ905)、このメンバーシップ関数および
制御ルールに基づいてファジィ制御演算を行い(ステッ
プ906〜908)、操舵出力偏差△Sを算出する(ステップ
909)。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明に係る自律走行車両の車
速感応操舵制御装置によれば、車速と走行場面とに応じ
て適宜修正されたメンバシップ関数に基づいて、特に、
車速が高速になる程位置偏差及び姿勢偏差に対応する操
舵制御量が小さくなるように重み付けが修正されたメン
バシップ関数に基づいて演算された操舵制御量で車両の
操舵制御が行われるため、車速が高速の場合における大
きな操舵制御の実行は抑制され、この結果、車速又は走
行場面が変化しても操縦安定性の高い操舵制御を行うこ
とができるというきわめて優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のクレーム対応図、第2図は本発明の一
実施例に係わる車速感応操舵制御装置を適用した自律走
行車両のモデルを示す側面説明図、第3図は本発明の一
実施例に係わる自律走行車両の車速感応操舵制御装置の
構成を示すブロック図、第4図は第3図の自律走行車両
の車速感応操舵制御装置の作用を示すフローチャート、
第5図はメンバーシップ関数の説明図、第6図は制御ル
ールテーブルの説明図、第7図はメンバーシップ関数の
入力変数の正規化を示す説明図、第8図は車両移動中心
位置偏差△xおよび車両姿勢△θの説明図、第9図は高
速動作において入力値に対する不感帯幅を大きくするよ
うに変化させてメンバーシップ関数を拡大した場合の説
明図、第10図は第9図の場合に対する作用を示すフロー
チャートである。 11……カメラ、 21……画像処理装置、 23……地図情報部、 25……大局的走行制御部、 27……操舵制御部、 29……ステアリング駆動部。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車両の進行方向における走行路上の案内
    線、又は障害物を含む画像を撮像する撮像手段と、 当該車両の現在の車速を検出する車速検出手段と、 当該車両の現在の走行場面が、直線走行、曲線走行、又
    は障害物回避走行かを判別する走行場面判別手段と、 前記撮像手段で撮像した画像情報と、当該車両の走行基
    準線とに基づいて、当該車両が現在の姿勢を維持して走
    行した際において、当該車両の所定時間後の到達位置で
    の該走行基準線に対する当該車両の位置に関する位置偏
    差、及び該到達位置での前記案内線に対する当該車両の
    姿勢に関する姿勢偏差をそれぞれ算出する偏差算出手段
    と、 前記位置偏差及び姿勢偏差に対してそれぞれ設定され、
    これら偏差に対応する基準となる操舵制御量の重み付け
    を規定してなるメンバシップ関数を記憶する基準メンバ
    シップ関数記憶手段と、 前記偏差算出手段で算出した位置偏差及び姿勢偏差と、
    前記車速検出手段からの現在の車速と、前記走行場面判
    別手段で判別した現在の走行場面とに基づいて、前記基
    準メンバシップ関数記憶手段に記憶されたメンバシップ
    関数を、該現在の走行場面に応じて前記位置偏差及び姿
    勢偏差に対応する操舵制御量の重み付けを修正するとと
    もに、該現在の車速が高速になる程前記位置偏差及び姿
    勢偏差に対応する操舵制御量が小さくなるように重み付
    けを修正するメンバシップ関数修正手段と、 該メンバシップ関数修正手段で修正されたメンバシップ
    関数に基づいて、当該車両の操舵制御量を演算するとと
    もに、該演算された操舵制御量に基づいて操舵制御を行
    う走行制御手段と、 を備えてなることを特徴とする自律走行車両の車速感応
    操舵制御装置。
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