JP3483855B2 - 車両系の走行制御方法及び装置 - Google Patents
車両系の走行制御方法及び装置Info
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- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
- Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、２輪以上の車輪を
要する一般車両や作業車等の車両の自動走行において、
横ずれや方位角のずれを起こすことなく、定められた目
標軌道に精度よく追従させ走行する場合の制御方法及び
装置に関するものである。
要する一般車両や作業車等の車両の自動走行において、
横ずれや方位角のずれを起こすことなく、定められた目
標軌道に精度よく追従させ走行する場合の制御方法及び
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】２輪以上の車輪を要する一般車両や作業
車等の車両にて自動で目的の作業をさせる場合、車両自
身を定められた目標とする軌道に自動追従させる必要が
ある。この場合、目標軌道は直線軌道のみならず、いろ
いろな曲率が混在するカーブが存在し得る。固定された
座標系にて、単純に横ずれと方位角のずれ量をフィード
バックするだけでは、このような目標軌道に対しては対
応できないため、任意の軌道に対し追従可能となる制御
方法が必要となる。
車等の車両にて自動で目的の作業をさせる場合、車両自
身を定められた目標とする軌道に自動追従させる必要が
ある。この場合、目標軌道は直線軌道のみならず、いろ
いろな曲率が混在するカーブが存在し得る。固定された
座標系にて、単純に横ずれと方位角のずれ量をフィード
バックするだけでは、このような目標軌道に対しては対
応できないため、任意の軌道に対し追従可能となる制御
方法が必要となる。
【０００３】従来の制御方法としては、一例として、
「非線形制御理論を用いた車両の経路追従制御と移動計
画−切り返しを用いた車庫入れ制御」（三平満司ほか、
システム制御情報学会論文誌，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．１，
ｐｐ．３７〜４７，１９９３）が知られている。この制
御方法での目標軌道と走行軌跡の関係は図１１のように
なり、これを基に制御系を構築すると、図１２に示す制
御系ブロック図のようになる。
「非線形制御理論を用いた車両の経路追従制御と移動計
画−切り返しを用いた車庫入れ制御」（三平満司ほか、
システム制御情報学会論文誌，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．１，
ｐｐ．３７〜４７，１９９３）が知られている。この制
御方法での目標軌道と走行軌跡の関係は図１１のように
なり、これを基に制御系を構築すると、図１２に示す制
御系ブロック図のようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
制御方法は直線の目標軌道に対する制御方法であり、い
ろいろな曲率が混在するカーブを含む目標軌道に対して
は対応できない。いろいろな曲率が混在する目標軌道に
対しては、目標軌道からの横ずれ量と方位角のずれ量及
び目標軌道の曲率を観測し、ずれ量及び曲率に応じた操
作量（操舵角）を与えることで走行の制御を行えばよい
が、上記のように、単純に横ずれと方位角のずれ量をフ
ィードバックするだけでは、このような目標軌道に対し
ては対応できない。
制御方法は直線の目標軌道に対する制御方法であり、い
ろいろな曲率が混在するカーブを含む目標軌道に対して
は対応できない。いろいろな曲率が混在する目標軌道に
対しては、目標軌道からの横ずれ量と方位角のずれ量及
び目標軌道の曲率を観測し、ずれ量及び曲率に応じた操
作量（操舵角）を与えることで走行の制御を行えばよい
が、上記のように、単純に横ずれと方位角のずれ量をフ
ィードバックするだけでは、このような目標軌道に対し
ては対応できない。
【０００５】本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、本発明の目的は、２輪以上の車輪を要する一般車両
や作業車等の車両の自動走行において、目標軌道の曲率
が変化することを考慮し座標変換等を導入して非線形制
御システムを構築することにより、いろいろな曲率が混
在するカーブを含む目標軌道に対しても精度よく追従で
きる車両系の走行制御方法及び装置を提供することにあ
る。
で、本発明の目的は、２輪以上の車輪を要する一般車両
や作業車等の車両の自動走行において、目標軌道の曲率
が変化することを考慮し座標変換等を導入して非線形制
御システムを構築することにより、いろいろな曲率が混
在するカーブを含む目標軌道に対しても精度よく追従で
きる車両系の走行制御方法及び装置を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の車両系の走行制御方法は、車両の自動走
行を制御する方法において、曲率が変化するような任意
の目標軌道に対して、目標軌道上に、車両位置が目標軌
道の法線方向になるように参照点を設け、座標系を車両
位置の絶対座標系から参照点を基準とし目標軌道の進行
方向と法線方向とが直交した相対座標系に変換するとと
もに、目標軌道からの相対的な横ずれ及び方位角のずれ
を計算し、比例制御により相対的な横ずれ量及び方位角
のずれ量に応じたフィードバック的な操作量と、目標軌
道の曲率及び目標軌道からの相対的な横ずれ量に応じた
フィードフォワード的な操作量により、操舵角を決定す
るように構成されている。上記の本発明の方法において
は、比例制御の代わりに比例・積分制御を用いること
で、目標軌道からの位置の定常偏差を除去することを考
慮して操舵角（操作量）を決定することができる。
めに、本発明の車両系の走行制御方法は、車両の自動走
行を制御する方法において、曲率が変化するような任意
の目標軌道に対して、目標軌道上に、車両位置が目標軌
道の法線方向になるように参照点を設け、座標系を車両
位置の絶対座標系から参照点を基準とし目標軌道の進行
方向と法線方向とが直交した相対座標系に変換するとと
もに、目標軌道からの相対的な横ずれ及び方位角のずれ
を計算し、比例制御により相対的な横ずれ量及び方位角
のずれ量に応じたフィードバック的な操作量と、目標軌
道の曲率及び目標軌道からの相対的な横ずれ量に応じた
フィードフォワード的な操作量により、操舵角を決定す
るように構成されている。上記の本発明の方法において
は、比例制御の代わりに比例・積分制御を用いること
で、目標軌道からの位置の定常偏差を除去することを考
慮して操舵角（操作量）を決定することができる。
【０００７】 また、上記の本発明の方法においては、
目標軌道に対して、直接相対的な横ずれ量及び相対的な
方位角のずれ量を検出することができ、目標軌道の曲率
を検出又は推定できれば、制御に用いられる状態量にそ
れらの値を入力し、操舵角（操作量）を決定することが
できる。さらに、目標軌道の曲率が車両のホイールベー
スに比して十分小さい場合においては、目標軌道からの
相対的な横ずれ量及び方位角のずれ量のみを検出して制
御することが可能である。
目標軌道に対して、直接相対的な横ずれ量及び相対的な
方位角のずれ量を検出することができ、目標軌道の曲率
を検出又は推定できれば、制御に用いられる状態量にそ
れらの値を入力し、操舵角（操作量）を決定することが
できる。さらに、目標軌道の曲率が車両のホイールベー
スに比して十分小さい場合においては、目標軌道からの
相対的な横ずれ量及び方位角のずれ量のみを検出して制
御することが可能である。
【０００８】 本発明の車両系の走行制御装置は、車両
の位置及び方位角の計測・検出値が入力される入力手段
と、操舵角の計測・検出値が入力されてデジタル変換さ
れるＡ／Ｄ変換手段と、目標軌道のマップ情報、及び目
標軌道上に車両位置が目標軌道の法線方向になるように
参照点を設け、座標系を車両位置の絶対座標系から参照
点を基準とし目標軌道の進行方向と法線方向とが直交し
た相対座標系に変換するとともに、目標軌道からの相対
的な横ずれ及び方位角のずれを計算し、比例制御又は比
例・積分制御により相対的な横ずれ量及び方位角のずれ
量に応じたフィードバック的な操作量と、目標軌道の曲
率及び目標軌道からの相対的な横ずれ量に応じたフィー
ドフォワード的な操作量により、操舵角を演算するプロ
グラムを備えた記憶手段と、計測・検出された車両の位
置及び方位角からなる車両位置情報並びに記憶手段に格
納された目標軌道のマップ情報からプログラムに基づい
て演算を実行する演算手段と、演算された操舵角指令値
と操舵角の計測・検出値とから算出される操舵角出力を
アナログ変換して出力するＤ／Ａ変換手段とを包含して
なることを特徴としている（図８参照）。
の位置及び方位角の計測・検出値が入力される入力手段
と、操舵角の計測・検出値が入力されてデジタル変換さ
れるＡ／Ｄ変換手段と、目標軌道のマップ情報、及び目
標軌道上に車両位置が目標軌道の法線方向になるように
参照点を設け、座標系を車両位置の絶対座標系から参照
点を基準とし目標軌道の進行方向と法線方向とが直交し
た相対座標系に変換するとともに、目標軌道からの相対
的な横ずれ及び方位角のずれを計算し、比例制御又は比
例・積分制御により相対的な横ずれ量及び方位角のずれ
量に応じたフィードバック的な操作量と、目標軌道の曲
率及び目標軌道からの相対的な横ずれ量に応じたフィー
ドフォワード的な操作量により、操舵角を演算するプロ
グラムを備えた記憶手段と、計測・検出された車両の位
置及び方位角からなる車両位置情報並びに記憶手段に格
納された目標軌道のマップ情報からプログラムに基づい
て演算を実行する演算手段と、演算された操舵角指令値
と操舵角の計測・検出値とから算出される操舵角出力を
アナログ変換して出力するＤ／Ａ変換手段とを包含して
なることを特徴としている（図８参照）。
【０００９】 また、本発明の装置は、車両の目標軌道
からの相対的な横ずれ量及び方位角のずれ量の計測・検
出値並びに目標軌道の曲率の検出値又は推定値が入力さ
れる入力手段と、操舵角の計測・検出値が入力されてデ
ジタル変換されるＡ／Ｄ変換手段と、目標軌道からの相
対的な横ずれ量及び相対的な方位角のずれ量から比例制
御又は比例・積分制御により相対的な横ずれ量及び方位
角のずれ量に応じたフィードバック的な操作量と、目標
軌道の曲率及び目標軌道からの相対的な横ずれ量に応じ
たフィードフォワード的な操作量により、操舵角を演算
するプログラムを備えた記憶手段と、目標軌道からの相
対的な横ずれ量及び方位角のずれ量並びに目標軌道の曲
率からプログラムに基づいて演算を実行する演算手段
と、演算された操舵角指令値と操舵角の計測・検出値と
から算出される操舵角出力をアナログ変換して出力する
Ｄ／Ａ変換手段とを包含してなることを特徴としている
（図９参照）。
からの相対的な横ずれ量及び方位角のずれ量の計測・検
出値並びに目標軌道の曲率の検出値又は推定値が入力さ
れる入力手段と、操舵角の計測・検出値が入力されてデ
ジタル変換されるＡ／Ｄ変換手段と、目標軌道からの相
対的な横ずれ量及び相対的な方位角のずれ量から比例制
御又は比例・積分制御により相対的な横ずれ量及び方位
角のずれ量に応じたフィードバック的な操作量と、目標
軌道の曲率及び目標軌道からの相対的な横ずれ量に応じ
たフィードフォワード的な操作量により、操舵角を演算
するプログラムを備えた記憶手段と、目標軌道からの相
対的な横ずれ量及び方位角のずれ量並びに目標軌道の曲
率からプログラムに基づいて演算を実行する演算手段
と、演算された操舵角指令値と操舵角の計測・検出値と
から算出される操舵角出力をアナログ変換して出力する
Ｄ／Ａ変換手段とを包含してなることを特徴としている
（図９参照）。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することが可能な
ものである。 （１）走行制御方法 前述した図１１に示す従来の制御方法では、目標軌道が
直線で、かつ絶対座標系からの角度が９０度以内でなけ
ればならない。なぜなら、横ずれ量を絶対座標系のＹ軸
方向にとっているからである。そこで、任意の目標軌道
に対応するため、座標系を以下のように変換する。図１
は絶対座標系での目標軌道と走行軌跡の関係で、図２は
座標系を変換後（車両座標系）の目標軌道と走行軌跡の
関係である。図１において、目標軌道上に参照点を、車
両位置が目標軌道の法線方向になるように決定する。図
２において、Ｘ’軸は車両の目標軌道に平行な成分移動
距離を表し、Ｙ’軸は目標軌道からの車両系の法線方向
のずれ量を表す。
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することが可能な
ものである。 （１）走行制御方法 前述した図１１に示す従来の制御方法では、目標軌道が
直線で、かつ絶対座標系からの角度が９０度以内でなけ
ればならない。なぜなら、横ずれ量を絶対座標系のＹ軸
方向にとっているからである。そこで、任意の目標軌道
に対応するため、座標系を以下のように変換する。図１
は絶対座標系での目標軌道と走行軌跡の関係で、図２は
座標系を変換後（車両座標系）の目標軌道と走行軌跡の
関係である。図１において、目標軌道上に参照点を、車
両位置が目標軌道の法線方向になるように決定する。図
２において、Ｘ’軸は車両の目標軌道に平行な成分移動
距離を表し、Ｙ’軸は目標軌道からの車両系の法線方向
のずれ量を表す。
【００１１】これらを基に制御系を構築すると、前述し
た従来の制御方法では図１２に示す制御系ブロック図の
ようになり、本発明では図３に示す制御系ブロック図の
ようになる。図１２に示す制御系ブロック図で表される
従来の制御方法は、固定された座標系（絶対座標系）に
て、単純に横ずれ量ｙと方位角θをフィードバックする
だけであり、この制御方法においては、車体の方位角が
９０度以上になるような目標軌道には追従できない。こ
れに対し、本発明では図３に示すブロック図のように制
御系を構成する。以下、本発明の制御手法について具体
的に説明する。 車両の運動の線形化 変換後の座標系を車両座標系とする。以下に座標変換の
方法を示す。図４に示す横滑りのない車両の運動は数１
に示す以下の方程式により表される。
た従来の制御方法では図１２に示す制御系ブロック図の
ようになり、本発明では図３に示す制御系ブロック図の
ようになる。図１２に示す制御系ブロック図で表される
従来の制御方法は、固定された座標系（絶対座標系）に
て、単純に横ずれ量ｙと方位角θをフィードバックする
だけであり、この制御方法においては、車体の方位角が
９０度以上になるような目標軌道には追従できない。こ
れに対し、本発明では図３に示すブロック図のように制
御系を構成する。以下、本発明の制御手法について具体
的に説明する。 車両の運動の線形化 変換後の座標系を車両座標系とする。以下に座標変換の
方法を示す。図４に示す横滑りのない車両の運動は数１
に示す以下の方程式により表される。
【００１２】
【数１】
【００１３】また、車両位置の絶対座標系から参照点基
準相対座標系への座標変換は、数２に示す行列で表され
る。
準相対座標系への座標変換は、数２に示す行列で表され
る。
【００１４】
【数２】
【００１５】これより、ｘ0＝ｙ0＝０とすると、数３に
示すようになり、また、これらの微分は数４のようにな
る。
示すようになり、また、これらの微分は数４のようにな
る。
【００１６】
【数３】
【００１７】
【数４】
【００１８】ここで、車両位置が目標軌道の法線方向に
なるように参照点を決定しようとすると、数５に示す次
の条件を得る。
なるように参照点を決定しようとすると、数５に示す次
の条件を得る。
【００１９】
【数５】
【００２０】さらに、曲線走行時の微小時間における各
部の移動量を考えると図５のようになる。このとき、車
両座標系を所望の座標系とするためには、数６に示す条
件を満たす必要があり、このとき微小時間ｄｔでの変化
と考えると、数６に示す式Ａ６は数７に示す式、つまり
数８に示す式Ａ７となる。
部の移動量を考えると図５のようになる。このとき、車
両座標系を所望の座標系とするためには、数６に示す条
件を満たす必要があり、このとき微小時間ｄｔでの変化
と考えると、数６に示す式Ａ６は数７に示す式、つまり
数８に示す式Ａ７となる。
【００２１】
【数６】
【００２２】
【数７】
【００２３】
【数８】
【００２４】さらに、数４に示す式Ａ４−１と数８に示
す式Ａ７とを比較して、数９に示す式Ａ８を得る。ちな
みに、数９に示す式Ａ８の左辺は、参照点のＸ’軸方向
の速度となっている。
す式Ａ７とを比較して、数９に示す式Ａ８を得る。ちな
みに、数９に示す式Ａ８の左辺は、参照点のＸ’軸方向
の速度となっている。
【００２５】
【数９】
【００２６】なお、Ｘ’軸を目標軌道の進行方向に完全
に一致させると車両の運動の線形化が困難となるため、
ここでは実際の車両の進行方向をＸ’軸とした。これ
は、数９に示す式Ａ８が数１０のようになり、数１１と
はならないためである。
に一致させると車両の運動の線形化が困難となるため、
ここでは実際の車両の進行方向をＸ’軸とした。これ
は、数９に示す式Ａ８が数１０のようになり、数１１と
はならないためである。
【００２７】
【数１０】
【００２８】
【数１１】
【００２９】また、図５に示す関係より、数１２のよう
になり、これより、ｄφは十分に小さいとすると、ｔａ
ｎ ｄφ＝ｄφであるから、数１３のようになる。
になり、これより、ｄφは十分に小さいとすると、ｔａ
ｎ ｄφ＝ｄφであるから、数１３のようになる。
【００３０】
【数１２】
【００３１】
【数１３】
【００３２】また、ｄｙｄφは十分小さく、ｄｙｄφ＝
０とすると、数１４のようになる。ここで、微小時間ｄ
ｔでの変化と考えると、数１４に示す式は数１５に示す
式、つまり数１６に示す式Ａ９となる。
０とすると、数１４のようになる。ここで、微小時間ｄ
ｔでの変化と考えると、数１４に示す式は数１５に示す
式、つまり数１６に示す式Ａ９となる。
【００３３】
【数１４】
【００３４】
【数１５】
【００３５】
【数１６】
【００３６】これらの条件により、車両座標系で車両の
運動を表すと、以下の数１７のようになる。
運動を表すと、以下の数１７のようになる。
【００３７】
【数１７】
【００３８】次に、数１７の式Ａ１０に示す非線形シス
テムに対して線形化を行う。
テムに対して線形化を行う。
【００３９】
【数１８】
【００４０】ここで、ξ1＝ｙ、ξ2＝ｔａｎψとおく
と、
と、
【００４１】
【数１９】
【００４２】これより、線形化されたシステムである数
２０を得る。
２０を得る。
【００４３】
【数２０】
【００４４】制御系の構築
制御方式１（比例制御）
図３に示す制御系においては、操作量をつぎの数２１よ
うに定義し、制御系を構築する。
うに定義し、制御系を構築する。
【００４５】
【数２１】
【００４６】このとき、操舵角αは、数２２に示す式Ａ
１４より数２３に示す式Ａ１５となる。
１４より数２３に示す式Ａ１５となる。
【００４７】
【数２２】
【００４８】
【数２３】
【００４９】制御方式２（比例＋積分制御）
また、比例＋積分制御により制御を行う場合には、操作
量をつぎの数２４のように定義し、制御系を構築する。
ただし、ｙｒはＸ’軸からの目標偏差量でここでは０で
ある。
量をつぎの数２４のように定義し、制御系を構築する。
ただし、ｙｒはＸ’軸からの目標偏差量でここでは０で
ある。
【００５０】
【数２４】
【００５１】このとき、操舵角αは、数２５に示す式Ａ
１６より数２６に示す式Ａ１７となる。
１６より数２６に示す式Ａ１７となる。
【００５２】
【数２５】
【００５３】
【数２６】
【００５４】（２）シミュレーション結果
図１２に示す従来の制御系におけるシミュレーション結
果を図６に示す。また、上述した図３に示す本発明の制
御系におけるシミュレーション結果を図７に示す。この
結果に示すとおり、前述した従来の制御方法では、目標
軌道が９０度以上のカーブを走行することができないの
に対し、本発明における制御方法では、このような目標
軌道であっても、精度良く追従可能である。
果を図６に示す。また、上述した図３に示す本発明の制
御系におけるシミュレーション結果を図７に示す。この
結果に示すとおり、前述した従来の制御方法では、目標
軌道が９０度以上のカーブを走行することができないの
に対し、本発明における制御方法では、このような目標
軌道であっても、精度良く追従可能である。
【００５５】（３）偏差（相対的な横ずれ量、相対的な
方位角）の検出方法 目標軌道のマップを持ち、リアルタイムで車両の位置
・方位角が検出できる場合 この場合は、リアルタイムで、絶対座標系における車両
のＸ方向変位、車両のＹ方向変位、車両の方位角θの情
報が計測でき、かつ、絶対座標系における参照点のＸ方
向変位、参照点のＹ方向変位、参照点における目標軌道
の方位角φ、目標軌道の曲率半径Ｒが既知であるため、
上記の制御方法がそのまま適用可能である。
方位角）の検出方法 目標軌道のマップを持ち、リアルタイムで車両の位置
・方位角が検出できる場合 この場合は、リアルタイムで、絶対座標系における車両
のＸ方向変位、車両のＹ方向変位、車両の方位角θの情
報が計測でき、かつ、絶対座標系における参照点のＸ方
向変位、参照点のＹ方向変位、参照点における目標軌道
の方位角φ、目標軌道の曲率半径Ｒが既知であるため、
上記の制御方法がそのまま適用可能である。
【００５６】相対位置が検出可能な場合
本発明における上記の制御方法は、絶対座標系における
目標軌道のマップと車両の位置・方位角から相対的なず
れ量を計算し、そのずれ量を０にするような制御である
が、目標軌道に対して、直接相対的な横ずれ量ｙ及び相
対的な方位角のずれ量ψが検出でき、目標軌道の曲率が
推定もしくは検出できれば、制御に用いられる状態量に
それらの値を入力可能である。そして、目標軌道の曲率
が小さい場合、つまり、曲率半径Ｒが大きく、上述した
数２３に示す式Ａ１５（比例制御の場合）、数２６に示
す式Ａ１７（比例＋積分制御の場合）におけるＬ／（Ｒ
−ｙ）の値が十分無視しうる場合には、目標軌道に対し
て、直接相対的な横ずれ量ｙ及び相対的な方位角のずれ
量ψの検出のみで制御が可能である。
目標軌道のマップと車両の位置・方位角から相対的なず
れ量を計算し、そのずれ量を０にするような制御である
が、目標軌道に対して、直接相対的な横ずれ量ｙ及び相
対的な方位角のずれ量ψが検出でき、目標軌道の曲率が
推定もしくは検出できれば、制御に用いられる状態量に
それらの値を入力可能である。そして、目標軌道の曲率
が小さい場合、つまり、曲率半径Ｒが大きく、上述した
数２３に示す式Ａ１５（比例制御の場合）、数２６に示
す式Ａ１７（比例＋積分制御の場合）におけるＬ／（Ｒ
−ｙ）の値が十分無視しうる場合には、目標軌道に対し
て、直接相対的な横ずれ量ｙ及び相対的な方位角のずれ
量ψの検出のみで制御が可能である。
【００５７】（４）制御装置の機器構成
図８は、目標軌道のマップを持ち、リアルタイムで車両
の位置・方位角が検出できる場合の制御装置の機器構成
図である。図８に示すように、制御装置１０は、ＧＰＳ
等により計測・検出された車両の位置（Ｘ、Ｙ方向の変
位）及び方位角θが車両位置情報として入力される信号
インターフェース１２と、実際の操舵角の値αが入力さ
れてデジタル変換されるＡ／Ｄ変換器１４と、目標軌道
のマップ情報及び上記の制御方法を実施するプログラム
が格納されたメモリ１６と、車両位置情報及びマップ情
報からプログラムに基づいて演算を実行するＣＰＵ（中
央演算処理装置）１８と、演算された操舵角指令値αre
fと操舵角の計測・検出値αとから算出される操舵角出
力αoutをアナログ変換して出力するＤ／Ａ変換器２０
とを備えている。
の位置・方位角が検出できる場合の制御装置の機器構成
図である。図８に示すように、制御装置１０は、ＧＰＳ
等により計測・検出された車両の位置（Ｘ、Ｙ方向の変
位）及び方位角θが車両位置情報として入力される信号
インターフェース１２と、実際の操舵角の値αが入力さ
れてデジタル変換されるＡ／Ｄ変換器１４と、目標軌道
のマップ情報及び上記の制御方法を実施するプログラム
が格納されたメモリ１６と、車両位置情報及びマップ情
報からプログラムに基づいて演算を実行するＣＰＵ（中
央演算処理装置）１８と、演算された操舵角指令値αre
fと操舵角の計測・検出値αとから算出される操舵角出
力αoutをアナログ変換して出力するＤ／Ａ変換器２０
とを備えている。
【００５８】図９は、目標軌道からの相対位置が検出可
能な場合の制御装置の機器構成図である。図９に示すよ
うに、制御装置２２は、車両の目標軌道からの相対位置
（横ずれ量ｙ、方位角のずれ量ψ）及び目標軌道の曲率
（曲率半径Ｒ）が入力される信号インターフェース２４
と、実際の操舵角の値αが入力されてデジタル変換され
るＡ／Ｄ変換器２６と、目標軌道からの相対位置及び目
標軌道の曲率からずれ量及び曲率の変化に応じた操舵角
を演算するプログラムが格納されたメモリ２８と、プロ
グラムに基づいて演算を実行するＣＰＵ（中央演算処理
装置）３０と、演算された操舵角指令値αrefと操舵角
の計測・検出値αとから算出される操舵角出力αoutを
アナログ変換して出力するＤ／Ａ変換器３２とを備えて
いる。
能な場合の制御装置の機器構成図である。図９に示すよ
うに、制御装置２２は、車両の目標軌道からの相対位置
（横ずれ量ｙ、方位角のずれ量ψ）及び目標軌道の曲率
（曲率半径Ｒ）が入力される信号インターフェース２４
と、実際の操舵角の値αが入力されてデジタル変換され
るＡ／Ｄ変換器２６と、目標軌道からの相対位置及び目
標軌道の曲率からずれ量及び曲率の変化に応じた操舵角
を演算するプログラムが格納されたメモリ２８と、プロ
グラムに基づいて演算を実行するＣＰＵ（中央演算処理
装置）３０と、演算された操舵角指令値αrefと操舵角
の計測・検出値αとから算出される操舵角出力αoutを
アナログ変換して出力するＤ／Ａ変換器３２とを備えて
いる。
【００５９】図１０は、操舵角を望みの値にするための
制御方法を実施する構成、つまり、操舵角出力の演算方
法を示している。ここで操舵角指令値αrefは、前述し
た図３のブロック図により計算される値、操舵角αは実
際の操舵角の値でエンコーダ等により計測・検出される
値、操舵角出力αoutは操舵を動かすためのアクチュエ
ータへの出力である。補償器３４はＰＩＤコントローラ
等により実現される。これらの演算は制御装置のプログ
ラムに含まれる。
制御方法を実施する構成、つまり、操舵角出力の演算方
法を示している。ここで操舵角指令値αrefは、前述し
た図３のブロック図により計算される値、操舵角αは実
際の操舵角の値でエンコーダ等により計測・検出される
値、操舵角出力αoutは操舵を動かすためのアクチュエ
ータへの出力である。補償器３４はＰＩＤコントローラ
等により実現される。これらの演算は制御装置のプログ
ラムに含まれる。
【００６０】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 曲率が変化するような任意の目標軌道に対して
も、目標軌道に精度よく追従することが可能になる。 （２） 車両の進行方向速度は任意であり（制御する必
要なし）、本発明の制御方法は車両の進行方向速度によ
らず適用可能である。 （３） 比例・積分制御により、目標軌道からの位置の
定常偏差を除去でき、走行制御の精度がさらに高まる。 （４） 目標軌道のマップ情報がなくとも、相対的な横
ずれ量と方位角のずれ量が検出でき、目標軌道の曲率が
推定もしくは検出できれば制御可能である。 （５） 目標軌道の曲率が十分小さい場合においては、
目標軌道からの相対的な横ずれ量及び方位角のずれ量の
みを検出できれば制御可能である。
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 曲率が変化するような任意の目標軌道に対して
も、目標軌道に精度よく追従することが可能になる。 （２） 車両の進行方向速度は任意であり（制御する必
要なし）、本発明の制御方法は車両の進行方向速度によ
らず適用可能である。 （３） 比例・積分制御により、目標軌道からの位置の
定常偏差を除去でき、走行制御の精度がさらに高まる。 （４） 目標軌道のマップ情報がなくとも、相対的な横
ずれ量と方位角のずれ量が検出でき、目標軌道の曲率が
推定もしくは検出できれば制御可能である。 （５） 目標軌道の曲率が十分小さい場合においては、
目標軌道からの相対的な横ずれ量及び方位角のずれ量の
みを検出できれば制御可能である。
【図１】本発明の制御方法における絶対座標系での目標
軌道と走行軌跡の関係を示す説明図である。
軌道と走行軌跡の関係を示す説明図である。
【図２】本発明の制御方法における座標系を変換後（車
両座標系）の目標軌道と走行軌跡の関係を示す説明図で
ある。
両座標系）の目標軌道と走行軌跡の関係を示す説明図で
ある。
【図３】本発明における制御系を示すブロック図であ
る。
る。
【図４】絶対座標系と参照点基準座標系との関係を示す
説明図である。
説明図である。
【図５】曲線走行時の微小時間における各部の移動量を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図６】従来の制御系におけるシミュレーション結果を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図７】本発明の制御系におけるシミュレーション結果
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図８】本発明の制御方法を実施する装置において、目
標軌道のマップを持ち、リアルタイムで車両の位置・方
位角が検出できる場合の制御装置の機器構成図である。
標軌道のマップを持ち、リアルタイムで車両の位置・方
位角が検出できる場合の制御装置の機器構成図である。
【図９】本発明の制御方法を実施する装置において、相
対位置が検出可能な場合の制御装置の機器構成図であ
る。
対位置が検出可能な場合の制御装置の機器構成図であ
る。
【図１０】本発明の制御方法を実施する装置における操
舵角の演算手段を示すブロック図である。
舵角の演算手段を示すブロック図である。
【図１１】従来の制御方法における目標軌道と走行軌跡
の関係を示す説明図である。
の関係を示す説明図である。
【図１２】従来の制御方法における制御系を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
１０、２２ 制御装置
１２、２４ 信号インターフェース
１４、２６ Ａ／Ｄ変換器
１６、２８ メモリ
１８、３０ ＣＰＵ（中央演算処理装置）
２０、３２ Ｄ／Ａ変換器
３４ 補償器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−110712（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−216535（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−105904（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−294405（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−137549（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−327641（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G05D 1/02
Claims (6)
- 【請求項１】 車両の自動走行を制御する方法におい
て、曲率が変化するような任意の目標軌道に対して、目
標軌道上に、車両位置が目標軌道の法線方向になるよう
に参照点を設け、座標系を車両位置の絶対座標系から参
照点を基準とし目標軌道の進行方向と法線方向とが直交
した相対座標系に変換するとともに、目標軌道からの相
対的な横ずれ及び方位角のずれを計算し、比例制御によ
り相対的な横ずれ量及び方位角のずれ量に応じたフィー
ドバック的な操作量と、目標軌道の曲率及び目標軌道か
らの相対的な横ずれ量に応じたフィードフォワード的な
操作量により、操舵角を決定することを特徴とする車両
系の走行制御方法。 - 【請求項２】 比例制御の代わりに比例・積分制御を用
いて、目標軌道からの位置の定常偏差を除去することを
考慮して操舵角を決定する請求項１記載の車両系の走行
制御方法。 - 【請求項３】 目標軌道に対して、直接相対的な横ずれ
量及び相対的な方位角のずれ量を検出するとともに、目
標軌道の曲率を検出又は推定し、制御に用いられる状態
量にそれらの値を入力し、操舵角を決定する請求項１又
は２記載の車両系の走行制御方法。 - 【請求項４】 目標軌道の曲率が車両のホイールベース
に比して十分小さい場合に、目標軌道からの相対的な横
ずれ量及び方位角のずれ量のみを検出して制御する請求
項３記載の車両系の走行制御方法。 - 【請求項５】 車両の位置及び方位角の計測・検出値が
入力される入力手段と、 操舵角の計測・検出値が入力されてデジタル変換される
Ａ／Ｄ変換手段と、 目標軌道のマップ情報、及び目標軌道上に車両位置が目
標軌道の法線方向になるように参照点を設け、座標系を
車両位置の絶対座標系から参照点を基準とし目標軌道の
進行方向と法線方向とが直交した相対座標系に変換する
とともに、目標軌道からの相対的な横ずれ及び方位角の
ずれを計算し、比例制御又は比例・積分制御により相対
的な横ずれ量及び方位角のずれ量に応じたフィードバッ
ク的な操作量と、目標軌道の曲率及び目標軌道からの相
対的な横ずれ量に応じたフィードフォワード的な操作量
により、操舵角を演算するプログラムを備えた記憶手段
と、計測・検出された車両の位置及び方位角からなる 車両位
置情報並びに記憶手段に格納された目標軌道のマップ情
報からプログラムに基づいて演算を実行する演算手段
と、 演算された操舵角指令値と操舵角の計測・検出値とから
算出される操舵角出力をアナログ変換して出力するＤ／
Ａ変換手段とを包含してなることを特徴とする車両系の
走行制御装置。 - 【請求項６】 車両の目標軌道からの相対的な横ずれ量
及び方位角のずれ量の計測・検出値並びに目標軌道の曲
率の検出値又は推定値が入力される入力手段と、 操舵角の計測・検出値が入力されてデジタル変換される
Ａ／Ｄ変換手段と、 目標軌道からの相対的な横ずれ量及び相対的な方位角の
ずれ量から比例制御又は比例・積分制御により相対的な
横ずれ量及び方位角のずれ量に応じたフィードバック的
な操作量と、目標軌道の曲率及び目標軌道からの相対的
な横ずれ量に応じたフィードフォワード的な操作量によ
り、操舵角を演算するプログラムを備えた記憶手段と、 目標軌道からの相対的な横ずれ量及び方位角のずれ量並
びに目標軌道の曲率からプログラムに基づいて演算を実
行する演算手段と、 演算された操舵角指令値と操舵角の計測・検出値とから
算出される操舵角出力をアナログ変換して出力するＤ／
Ａ変換手段とを包含してなることを特徴とする車両系の
走行制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001007116A JP3483855B2 (ja) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | 車両系の走行制御方法及び装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001007116A JP3483855B2 (ja) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | 車両系の走行制御方法及び装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP3483855B2 true JP3483855B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP6082319B2 (ja) * | 2013-06-04 | 2017-02-15 | 富士重工業株式会社 | 車両のレーンキープ制御装置 |
| CN118816852A (zh) * | 2015-02-10 | 2024-10-22 | 御眼视觉技术有限公司 | 用于自主车辆导航的稀疏地图 |
| US10602654B2 (en) | 2016-05-30 | 2020-03-31 | Kubota Corporation | Auto traveling work vehicle |
| JP2018008550A (ja) * | 2016-07-11 | 2018-01-18 | 株式会社デンソー | 操舵制御装置 |
| JP6642331B2 (ja) * | 2016-08-23 | 2020-02-05 | 株式会社デンソー | 運転支援制御装置 |
| CN106970621B (zh) * | 2017-04-17 | 2021-03-30 | 北京京东乾石科技有限公司 | 搬运机器人运行控制方法、装置及机器人 |
| JP2019038535A (ja) * | 2018-10-10 | 2019-03-14 | 株式会社クボタ | 自動走行圃場作業車両 |
| JP7130573B2 (ja) * | 2019-02-20 | 2022-09-05 | 三菱重工エンジニアリング株式会社 | 移動体制御装置、移動体、移動体制御方法及びプログラム |
| CN111752254A (zh) * | 2019-03-28 | 2020-10-09 | 深圳市商汤科技有限公司 | 轨迹跟踪控制器的测试方法、装置、介质及设备 |
| CN112445207B (zh) * | 2019-08-15 | 2023-07-11 | 纳恩博（北京）科技有限公司 | 位移的确定方法、装置、存储介质及电子装置 |
| CN110789530B (zh) * | 2019-11-19 | 2021-04-09 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种四轮独立转向-独立驱动车辆轨迹跟踪方法和系统 |
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| KR102336197B1 (ko) * | 2020-03-13 | 2021-12-06 | 한국로봇융합연구원 | 제어 장치 및 제어 방법 |
| CN112710301B (zh) * | 2020-12-09 | 2023-01-06 | 上汽大众汽车有限公司 | 一种自动驾驶车辆高精度定位方法和系统 |
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