JP3604592B2 - 自動追従走行システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦列させた複数の車両のうち、先頭に位置する先導車に対して自動追従させて隊列走行させる自動追従走行システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、一定地域内において小型の電気自動車を複数の利用者により共有することにより、車両の効率的な利用を図り、これにより、渋滞や駐車場不足等を解消するとともに、資源・エネルギーの節約や大気汚染の改善等を図るシステムが提案されている。
【０００３】
すなわち、限られた地域内にポートと呼ばれる専用パーキングを数カ所設置し、このポートから、利用者が車両を自由に借り出せるようにし、さらに、車両の使用後には、車両をこのポートに返却できるようにする。これにより、利用者が必要なときのみ車両を利用することができるようになる。また、ポートの数が多ければ、駐車場を探したり、路上駐車をする必要が無く、渋滞を解消することができる。
【０００４】
しかしながら、このようなシステムにおいては、ポートの設置場所などにより、一部のポートに車両が集中し、他のポートにおいては、車両が過疎状態となることが懸念される。
【０００５】
そこで、ポート間における車両の不均衡を容易に解消することができるように、複数の車両を、ポート間で効率的に移動させるための技術が提案されている（例えば、特開平５−１７０００８号参照）。この技術においては、縦列させた複数の車両のうち、先頭に位置する先導車のみを運転手により有人運転し、後続車を、先導車から送信された先導車の運転操作量データに基づき自動運転制御するようにしている。これにより、後続車は、先導車と同一の軌跡をトレースするように運転制御され、結果として、一連の車両が先導車を先頭として隊列を形成しつつ走行する状態（隊列走行）が実現される。このとき、後続車は、自動運転制御されるために、無人運転が可能となり、省人化を図ることができる。
【０００６】
このように隊列走行を行う場合、後続車は、単純に、その走行軌跡が先導車の走行軌跡と一致するように、自車のアクセル、ブレーキ、ステアリングを制御すればよいように考えられる。しかし、たとえ、先導車と後続車が、同一車種であっても、路面状況の違い、走行性能のばらつき、走行制御を行う際に使用する各種センサにおける誤差等により、それぞれの車両がその走行軌跡を特定するために保有している座標系が、徐々にずれていってしまうこととなる。このような場合、先導車と同一軌跡をトレースする制御がいかに正確であっても、座標系のずれ量により実際の走行軌跡が、先導車−後続車間で異なってしまうという問題が生じる。
【０００７】
このような問題を解決するために、この座標系のずれ量を、各車両間にオープンした通信回線（以下、車車間通信という。）によって得られた先導車の軌跡情報と、自身で得たレーダ情報とに基づいて算出し、自車の軌跡（位置）情報を、先導車の保有する座標系における軌跡情報として補正することにより、あたかも全ての車両が、同一の座標系で走行しているように制御を行う技術が提案されている。
【０００８】
以下、後続車の軌跡情報を、先導車が保有する座標系における軌跡情報として補正するための技術を説明する。
ここに、先導車および後続車は、図６において示されるような電動車両１によって構成されるものとする。すなわち、電動車両１は、バッテリ２からの電力が、パワートレインＥＣＵ３により制御されるモータ４に供給され、モータ４の回転により車輪５を回転させて走行するようになっている。
【０００９】
また、電動車両１は、図６に示すように、そのフロントバンパーの中央に、広角操作可能なレーザーレーダー６が取り付けられ、リアバンパーの中央に、後続車のレーザーレーダー６から発射されるレーザー電波を反射するために鏡面処理が施されたプレートからなるリフレクタ７が取り付けられた構成となっている。
【００１０】
この電動車両１を隊列走行させた場合、後続車は、そのレーザーレーダー６により、直前に位置する車両のリフレクタ７をリアルタイムに捕捉することができ、これにより、後続車を基準とした当該後続車の直前車両の位置（車間距離）と方位とをリアルタイムに検出することができる。
【００１１】
また、電動車両１には、図示しないスピードセンサおよびヨーレートセンサが設けられており、これらセンサの検出値に基づき、自車の保有する座標系内における自車位置および自車の進行方向ならびに自車の走行軌跡を把握できるようになっている。
【００１２】
さらに、電動車両１のルーフには、電動車両１同士の間において無線通信（車車間通信）を行うための車車アンテナ８が設けられている。この車車アンテナ８を用いて車車間通信を行うことにより、各車両は、他車両の位置および走行軌跡（当該他車両が保有する座標系内における当該他車両の位置および走行軌跡）を把握できるようになっている。なお、各車両の座標系は、例えば、電動車両１のポートうちの特定箇所を原点とするように、初期化されている。
【００１３】
このような構成の電動車両１を、図７に示すように、先導車１’と後続車１”との２台で隊列走行させたとする。この場合、図７に示すように、
ｆＢ：後続車１”における重心位置Ｇ２からレーザーレーダー６の取付位置までの距離、
ｂＦ：先行車１’における重心位置Ｇ１からレーザー計測点であるリフレクタ７までの距離、
Ｌｘ（ｔ１）：時刻ｔ１での後続車１”のレーザレーダー６と先行車１’のリフレクタ７との間の距離における後続車１”の進行方向成分、
Ｌｙ（ｔ１）：時刻ｔ１での後続車１”のレーザレーダー６と先行車１’のリフレクタ７との間の距離における後続車１”の進行方向に直角な車幅方向の成分、
と定義し、さらに、各種符号を
ＧＦ：先行車の座標系、
ＧＢ：後続車の座標系、
ＸＦ（ｔ１）：時刻ｔ１でのＧＦ座標系における先導車１’の重心位置のＸ座標、
ＹＦ（ｔ１）：時刻ｔ１でのＧＦ座標系における先導車１’の重心位置のＹ座標、
θＦ（ｔ１）：時刻ｔ１でのＧＦ座標系における先導車１’のヨー角度、
ＸＢ（ｔ１）：時刻ｔ１でのＧＢ座標系における後続車１”の重心位置のＸ座標、
ＹＢ（ｔ１）：時刻ｔ１でのＧＢ座標系における後続車１”の重心位置のＹ座標、
θＢ（ｔ１）：時刻ｔ１でのＧＢ座標系における後続車１”のヨー角度、
と定義すると、時刻ｔ１でのＧＦ座標系における先導車１’のレーダ計測点（リフレクタ７）の座標｛Ｘ’Ｆ（ｔ１），Ｙ’Ｆ（ｔ１）｝は、これら符号を用いて、
Ｘ’Ｆ（ｔ１）＝ＸＦ（ｔ１）−ｂＦ×ｃｏｓθＦ（ｔ１）
Ｙ’Ｆ（ｔ１）＝ＹＦ（ｔ１）−ｂＦ×ｃｏｓθＦ（ｔ１）
と表すことができる。また、同様に時刻ｔ１でのＧＢ座標系における先導車１’のレーダ計測点（リフレクタ７）の座標｛Ｘ’ＦＢ（ｔ１），Ｙ’ＦＢ（ｔ１）｝は、
Ｘ’ＦＢ（ｔ１）＝ＸＢ（ｔ１）＋｛Ｌｘ（ｔ１）＋ｆＢ｝×ｃｏｓθＢ（ｔ１）−Ｌｙ（ｔ１）×ｓｉｎθＢ（ｔ１）
Ｙ’ＦＢ（ｔ１）＝ＹＢ（ｔ１）＋｛Ｌｘ（ｔ１）＋ｆＢ｝×ｓｉｎθＢ（ｔ１）＋Ｌｙ（ｔ１）×ｃｏｓθＢ（ｔ１）
と表すことができる。
【００１４】
さらに、時刻ｔ１から一定時間経過後の時刻ｔ２における先導車１’のレーダ計測点（リフレクタ７）のＧＦ座標系およびＧＢ座標系における座標｛Ｘ’Ｆ（ｔ２），Ｙ’Ｆ（ｔ２）｝および｛Ｘ’ＦＢ（ｔ２），Ｙ’ＦＢ（ｔ２）｝（図８参照）は、同様に、
Ｘ’Ｆ（ｔ２）＝ＸＦ（ｔ２）−ｂＦ×ｃｏｓθＦ（ｔ２）
Ｙ’Ｆ（ｔ２）＝ＹＦ（ｔ２）−ｂＦ×ｃｏｓθＦ（ｔ２）
Ｘ’ＦＢ（ｔ２）＝ＸＢ（ｔ２）＋｛Ｌｘ（ｔ２）＋ｆＢ｝×ｃｏｓθＢ（ｔ２）−Ｌｙ（ｔ２）×ｓｉｎθＢ（ｔ２）
Ｙ’ＦＢ（ｔ２）＝ＹＦ（ｔ２）＋｛Ｌｘ（ｔ２）＋ｆＢ｝×ｓｉｎθＢ（ｔ２）＋Ｌｙ（ｔ２）×ｃｏｓθＢ（ｔ２）
と表すことができる。
【００１５】
今、図８に示すように、先導車１’のレーダ計測点（リフレクタ７）の時刻ｔ１における位置Ａと、時刻ｔ２における位置Ｂとを結ぶ直線Ｌを考えると、位置ＡのＧＦ座標系における座標は｛Ｘ’Ｆ（ｔ１），Ｙ’Ｆ（ｔ１）｝と、位置ＢのＧＦ座標系における座標は｛Ｘ’Ｆ（ｔ２），Ｙ’Ｆ（ｔ２）｝と表すことができるので、直線ＬとＸＦ軸とのなす角をθ’Ｆ（ｔ１，ｔ２）とすると、
θ’Ｆ（ｔ１，ｔ２）＝ａｒｃｔａｎ［｛Ｘ’Ｆ（ｔ２）−Ｘ’Ｆ（ｔ１）｝／｛Ｙ’Ｆ（ｔ２）−Ｙ’Ｆ（ｔ１）｝
と表すことができる。
【００１６】
同様に、直線ＬをＧＢ座標系上において考えた場合には、位置Ａ（図８参照）の座標を、｛Ｘ’ＦＢ（ｔ１），Ｙ’ＦＢ（ｔ１）｝と、位置Ｂの座標を、｛Ｘ’ＦＢ（ｔ２），Ｙ’ＦＢ（ｔ２）｝と表すことができるため、直線ＬとＸＢ軸とのなす角をθ’ＦＢ（ｔ１，ｔ２）とすると、
θ’ＦＢ（ｔ１，ｔ２）＝ａｒｃｔａｎ［｛Ｘ’ＦＢ（ｔ２）−Ｘ’ＦＢ（ｔ１）｝／｛Ｙ’ＦＢ（ｔ２）−Ｙ’ＦＢ（ｔ１）｝］
と表すことができる。
【００１７】
二つの座標系からみた直線Ｌは、元々同一のものであるので、ＧＢ座標系から見たＧＦ座標系の回転角をΔθＦＢとすると、
ΔθＦＢ＝θ’ＦＢ（ｔ１，ｔ２）−θ’Ｆ（ｔ１，ｔ２）
と表すことができる。また、ＧＢ座標系から見たＧＦ座標系原点の位置Ｘ座標をΔＸＦＢ、ＧＢ座標系から見たＧＦ座標系原点の位置Ｙ座標をΔＹＦＢとおくと、
ΔＸＦＢ＝Ｘ’ＦＢ（ｔ２）−Ｘ’Ｆ（ｔ２）×ｃｏｓΔθＦＢ−Ｙ’Ｆ（ｔ２）×ｓｉｎΔθＦＢ
ΔＹＦＢ＝Ｙ’ＦＢ（ｔ２）−Ｘ’Ｆ（ｔ２）×ｓｉｎΔθＦＢ−Ｙ’Ｆ（ｔ２）×ｃｏｓΔθＦＢ
と表すことができる。
【００１８】
以上のように、先導車１’と後続車１”との座標系の偏差である｛ΔＸＦＢ，ΔＹＦＢ，ΔθＦＢ｝を、先導車１’の保有する座標系における先導車１’の位置座標：（ＸＦ，ＹＦ，θＦ）、後続車１”の保有する座標系における後続車１”の位置座標（ＸＢ，ＹＢ，θＢ）、およびレーザー情報であるＬｘ，Ｌｙに基づいて表現することができる。これにより、後続車１”は、自車の保有する座標系における自車位置および進行方向、先導車１’の保有する座標系における先導車１’の位置、ならびに、レーザーレーダー６により検出された先導車１’の距離および方向に基づいて、先導車１’と後続車１”との座標系の偏差を求めることができ、さらに、後続車１”の軌跡情報に、この偏差を加味することにより、後続車１”の軌跡情報を先導車１’が保有する座標系における軌跡情報として補正することができる。
【００１９】
また、以上の例は、先導車１’および後続車１”が各１台ずつ存在する場合の例であるが、後続車１”が複数台あるときには、同様の式により、各車両ごとに直前の前走車の保有する座標系と自車の保有する座標系との偏差を求めることができることから、これら座標系間のずれ量を先導車１’側から順に累積していけば、先導車１’と各後続車１”との間の座標系の偏差を算出していくことができる。これにより、各後続車１”は、算出された偏差を用いて、その軌跡（位置）情報を、先導車１’の保有する座標系における軌跡情報として補正することが可能となる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した技術によれば、座標系同士の偏差（ずれ量）は、各車両とその直前の前走車との関係においてのみ直接的に求められるものであるから、ある後続車１”の前に前走車が例えばｎ台存在するとすると、直接的に求めることのできる座標系同士のずれ量は、ｎ個となる。
【００２１】
例えば、図９は、４台の電動車両１が隊列走行する場合を模式的に示したものであるが、この場合に、上述の手法により直接的に求めることのできる座標系同士のずれ量は、
▲１▼ 先導車１’（以下、１号車という。）とその直後に位置する後続車１”（以下、２号車という。）との座標系のずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１
▲２▼ ２号車とその直後に位置する後続車（以下、３号車という）との座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２
▲３▼ ３号車とその直後に位置する後続車（以下、４号車という）との座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→３
の計３つとなる。
ここに、（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｍ→ｎは、ｍ号車とｎ号車との座標系のずれ量（ｘ方向、ｙ方向、回転方向）を表す。
【００２２】
したがって、４号車の保有する座標系と１号車の保有する座標系とのずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→１を求めるためには、上記▲１▼から▲３▼の３つの値を累積させなければならない。
【００２３】
このとき、正確に（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→１の値を求めるには、上記▲１▼から▲３▼の値が、同じタイミングにおいて得られたデータに基づいて算出されている必要がある。つまり、各車両間における座標系のずれ量は時刻毎に変化しているので、ある時刻ｔにおける４号車と１号車との座標系のずれ量を正確に特定するには、このずれ量に含まれる上記▲１▼から▲３▼の値が時刻ｔと同期している、すなわち、同一時刻ｔにおいて得られたデータに基づいている必要があるわけである。なお、３号車と１号車との座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→１を算出する場合、あるいは、４号車より後方にさらにｎ号車が存在するときに１号車と各車両と座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１を算出する場合についても、同様のことが言える。
【００２４】
このようなデータの非同期性の問題を回避するために、従来、１号車とｎ号車との座標系のずれ量を算出する際に、ｎ号車は、ｎ号車の前方を走行する２号車，３号車，…，ｎ−１号車において座標系のずれを補正する際に用いたずれ量を車車間通信を介して直前の前走車から受信し、これらずれ量を、自車において得られたｎ−１号車〜ｎ号車間の座標系のずれ量とともに加算生成し、これにより、所望のずれ量（１号車とｎ号車との座標系のずれ量）を算出するようにしていた。
【００２５】
具体的には、図９に示すように４台の車両が隊列走行する場合には、各車両は、以下のようにして所望のずれ量を算出するようにしていた。なお、以下の式において、（ｘn，ｙn，θn）mとは、ｎ号車の位置座標および進行方位をｍ号車の保有する座標系において表したことを示す。
【００２６】
まず、２号車の位置座標を１号車の座標系に変換した値：（ｘ２，ｙ２，θ２）１を求めるには、２号車は、
（ｘ２，ｙ２，θ２）１＝（ｘ２，ｙ２，θ２）２＋（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１
を計算すればよい。この場合には、２号車は、自車において得られた情報（すなわち、自車の保有する座標系における自車位置および進行方位、ならびに、自車と前走車との間の座標系のずれ量）のみに基づいて、自車座標を１号車の保有する座標系における値に変換することができる。
【００２７】
ところが、３号車の位置座標を１号車の座標系に変換した値：（ｘ３，ｙ３，θ３）１を求めるには、３号車は、
（ｘ３，ｙ３，θ３）１＝（ｘ３，ｙ３，θ３）３＋（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→１
を計算しなければならない。
【００２８】
この場合、（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→１の値は、レーザ情報等に基づいて直接的に算出することができないため、３号車は、自車座標における自車位置および進行方位：（ｘ３，ｙ３，θ３）３に、自車において算出した２号車と３号車との座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２を加算して、２号車の保有する座標系における自車（３号車）の位置および進行方位：（ｘ３，ｙ３，θ３）２をいったん算出し、さらに、その算出された値に、２号車と１号車との座標系のずれ量を加算して（ｘ３，ｙ３，θ３）１の値を求めるようにしている。すなわち、
（ｘ３，ｙ３，θ３）２＝（ｘ３，ｙ３，θ３）３＋（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２
これにより、
【００２９】
同様に、４号車の位置座標および進行方位を１号車の座標系に変換した値：（ｘ４，ｙ４，θ４）１を求めるには、
を演算することが必要となる。
【００３０】
これらの式から理解されるように、後ろに行けば行くほど、各後続車１”の保有する座標系における当該後続車１”の現在位置を先導車１’の座標系における値に変換するための式は、項数が多くなり、このため、後方の後続車１”においては、計算処理負荷が著しく増大することとなる。
【００３１】
また、上述したようなデータの非同期性の問題を回避するためには、各後続車１”において補正の際に利用する座標系間のずれ量に関する情報は、なるべく前走車が自車の現在位置を補正する際に使用したものと同一のものを使用したいが、このような情報をすべて車車間通信によって前走車から得るとすると、２号車から３号車へ送信すべき情報は、（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１のみであるのに対し、３号車から４号車へ送信すべき情報は、（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１，および（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２の二つとなり、さらに後方のｎ号車においては、ｎ−１個の情報を車車間通信により送信しなければならなくなる。したがって、多数の車両を用いて隊列走行を行う場合には、車車間通信の通信バッファ容量を著しく大きくしなければならず、各車両に搭載されたＣＰＵの負担が増大するとともに、迅速な制御が困難なものとなってしまう。
【００３２】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、各車両における計算処理負荷を軽減するとともに、通信バッファ容量を削減し、これにより、ＣＰＵ等の負担を軽減して、迅速な制御を行いうるようなシステムを提供することを課題とする。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の自動追従走行システムは、縦列させた複数の車両のうち、先頭に位置する先導車（例えば、実施の形態における先導車１’）に対して後続車（例えば、実施の形態における後続車１”）を自動追従させて隊列走行させる自動追従走行システム（例えば、実施の形態における自動追従走行システム１０）であって、
前記各車両は、他の車両と通信を行うための車々間通信手段（例えば、実施の形態における通信ユニット３１）と、
各車両がその走行軌跡を特定するために保有する特定箇所を原点とするよう初期化された自車座標系における自車位置情報をスピードセンサー、ヨーレートセンサーおよびＧＰＳ信号の検出結果に基づいて検出する自車位置検出手段（例えば、実施の形態での自動運転ＥＣＵ１７によるブロックＢ２の処理）とを有するとともに、
前記後続車は、
隊列走行時に直前を走行する前走車の自車座標系における位置情報を検出する前走車位置検出手段（例えば、実施の形態での自動運転ＥＣＵ１７によるブロックＢ３の処理）と、
前走車が先導車でない場合に、自車位置情報を自車座標系から先導車座標系に補正する先導車座標系自車位置補正手段（例えば、実施の形態での自動運転ＥＣＵ１７によるブロックＢ４およびＢ５の処理）と、
該先導車座標系自車位置補正手段による補正結果及び車々間通信により得られた先導車の走行軌跡に基づいて自車の位置が先導車の走行軌跡に比較してどの程度変位しているかを算出するとともに算出された変位量に基づいて自車を先導車に追従走行させる車両制御手段（例えば、実施の形態での自動運転ＥＣＵ１７によるブロックＢ６およびＢ７の処理）とを備え、
前記先導車座標系自車位置補正手段は、車々間通信により送信された前走車における先導車座標系に補正後の前走車位置情報と、前記前走車位置検出手段によって検出された自車座標系における前走車の位置情報と、前記自車位置検出手段によって検出された自車座標系における自車位置情報とに基づいて、自車位置情報を自車座標系から先導車座標系に補正することを特徴としている。
【００３４】
この発明においては、例えば、先導車を１号車、自車をｎ号車（先頭から数えてｎ台目の車両）、前走車をｎ−１号車（先頭から数えてｎ−１台目の車両）とすると、
ｎ号車において得られる情報は、ｎ号車自身において検出される
▲１▼ ｎ号車座標系におけるｎ号車位置情報：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）ｎ
▲２▼ ｎ号車座標系におけるｎ−１号車位置情報：（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）ｎ
と、車車間通信により得られる
▲３▼ １号車座標系におけるｎ−１号車位置情報：（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１
▲４▼ １号車座標系における１号車位置情報：（ｘ１，ｙ１，θ１）１
となる。
【００３５】
そして、ｎ号車においては、先導車座標系自車位置補正手段により、上記▲１▼，▲２▼，▲３▼の情報を用いて、１号車座標系に補正後のｎ号車位置情報：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）１が演算され、この演算結果と上記▲４▼の情報とにより、車両制御手段において、ｎ号車が１号車へ追従走行するための操作量が求められる。
【００３６】
この場合、先導車座標系自車位置補正手段は、上記▲２▼、▲３▼の情報を用いることにより、ｎ号車座標系の１号車座標系への補正量を直接的に算出し、これと上記▲１▼の情報とにより、１号車座標系に補正後のｎ号車位置情報を算出することができる。
【００３７】
つまり、▲２▼の（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）ｎおよび▲３▼の（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１は、ｎ−１号車の位置および進行方位を、ｎ号車座標系および１号車座標系によりそれぞれ表したものであるから、これらを比較することにより、ｎ号車座標系の１号車座標系への補正量を：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１を直接的に算出することができる。これにより、先導車〜自車間の座標系のずれ量を算出するにあたって、従来と異なり、連続する２台の車両の座標系のずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１，（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２，（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→３，…，（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→ｎ−２を全て加算生成等する必要が無く、演算処理負荷の軽減化を図ることができる。
【００３８】
一方、ｎ−１号車からｎ号車に対して、車車間通信により送信すべき情報は、上記▲３▼および▲４▼の情報のみであるために、従来と異なり、連続する２台の車両の座標系のずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１，（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２，（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→３，…，（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→ｎ−２を全て前走車から得る必要が無い。これにより、車車間通信の負担の軽減化を図ることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。なお、この実施の形態において上記従来の技術と共通する構成については、同符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
図１は、本発明の一実施の形態である自動追従走行システム１０のブロック図である。図中に示すように、自動追従走行システム１０は、管制制御装置１１および複数の電動車両１，…により概略構成されている。なお、ここでは、簡単のために一の電動車両１のみの構成を示している。
【００４１】
管制制御装置１１は、ＣＰＵおよび記憶装置を備えた構成とされており、通信ユニット１２を介して、誘導制御状態にある電動車両１の誘導制御を行う。また、管制制御装置１１は、表示器１３に、電動車両１，…の稼働状態を表示する。
【００４２】
電動車両１は、先に図６において示した構成と同一の構成を有するとともに、パワートレインＥＣＵ３、ブレーキＥＣＵ１５、ステアリングＥＣＵ１６、および自動運転ＥＣＵ１７を搭載した構成とされている。これらのうち、自動運転ＥＣＵ１７は、電動車両１を無人で自動制御運転させる際に主に用いられる。また、パワートレインＥＣＵ３、ブレーキＥＣＵ１５、および、ステアリングＥＣＵ１６は、電動車両１が自動制御運転および手動制御運転される際の双方において用いられる。
【００４３】
電動車両１における自動制御運転および手動制御運転のモード切替は、ＩＣカードユニット１８にＩＣカード２０が差し込まれた否かを参照して判定される。すなわち、ＩＣカードユニット１８は、ＣＰＵおよび記憶部を備えた構成とされるとともに、そのスイッチＳＷにより、ＩＣカード２０が挿入された否かを判定する。ＩＣカードユニット１８のＣＰＵは、スイッチＳＷによるＩＣカード２０の有無信号と、利用者により操作されるＩＧ（イグニッション）スイッチ部２１から入力されるＩＧ信号、または管制制御装置１１から送信される、運転制御を指令する指令信号に含まれるＩＧ（イグニッション）指令信号とにより、電動車両１が自動制御運転または手動制御運転のいずれのモードとされるべきかについての判定を行う。
【００４４】
さらに、ＩＣカードユニット１８は、電動車両１が自動制御運転または手動制御運転のいずれのモードとされるべきかについての判定結果を、パワートレインＥＣＵ３、ブレーキＥＣＵ１５、ステアリングＥＣＵ１６、および自動運転ＥＣＵ１７に出力する。この場合、自動制御運転のモードとされるべきとの判定結果が出力された際には、自動運転ＥＣＵ１７は、その記憶部２２に記憶されたプログラムに従い、パワートレインＥＣＵ３、ブレーキＥＣＵ１５、ステアリングＥＣＵ１６の制御を行う。
【００４５】
パワートレインＥＣＵ３は、ＣＰＵと記憶部とから成り、モータ４で発生したパワーを車輪（図示せず）に伝達させて駆動し、電動車両１を走行させるためのパワー伝達系を制御する。また、パワートレインＥＣＵ３は、モータ４から入力される回転センサ（図示せず）からのモータ４の回転数Ｒ、アクセルペダル部２３のアクセルセンサ（図示せず）から入力されるアクセルペダル開度ＡＰ、及びシフトポジションＳＷ（スイッチ）２４により、インバータ２５の出力するパルス数等を制御し、モータ４の回転数Ｒを制御する。
【００４６】
また、さらに、パワートレインＥＣＵ３は、自動制御運転のモードの場合、自動運転ＥＣＵ１７により演算されたアクセルの操作量により、アクセルペダル開度ＡＰを調整し、これにより、モータ４の回転数を制御する。
【００４７】
一方、パワートレインＥＣＵ３は、手動制御運転のモードの場合、利用者の踏むアクセルの操作量に応じたアクセルペダル開度ＡＰにより、モータ４の回転数を制御する。
【００４８】
シフトポジションＳＷ２４は、電動車両１に対して前進速度調節及び後進を行わせるため、シフト位置に対応してモータ４の回転数及び回転方向を指令する制御信号ＳＰをパワートレインＥＣＵ３へ出力する。
【００４９】
また、シフトポジションＳＷ２４は、自動制御運転のモードの場合に、記憶部２２に記憶されるプログラムに従い、自動運転ＥＣＵ１７によりシフト位置が制御される構成となっている。また、シフトポジションＳＷ２４は、手動制御運転のモードの場合に、利用者により、そのシフト位置が移動させられる。
【００５０】
インバータ２５は、３相交流モータであるモータ１０を駆動させるため、ＤＣ電源であるバッテリ２の出力する電圧を３相交流に変換してモータ４へ出力する。
【００５１】
ブレーキＥＣＵ１５は、ＣＰＵと記憶部とから成り、ブレーキ部２６の油圧ブレーキ（図示せず）の利きの度合いを調整するモジュレータ２７の制御を行う。また、ブレーキＥＣＵ１５は、ブレーキ部２６から入力される、モジュレータ２７に設けられた図示しない油圧センサにより検出される油圧の値から油圧ブレーキの操作量を求め、この操作量をＢＫ信号として、モジュレータ２７の制御にフィードバックする。
【００５２】
また、ブレーキＥＣＵ１５は、自動制御運転のモードの場合、自動運転ＥＣＵ１７により演算された油圧ブレーキの操作量に基づいて、ブレーキペダルの操作量を制御する。さらに、ブレーキＥＣＵ１５は、手動制御運転のモードの場合、利用者の踏むブレーキペダルの操作量に基づいて、油圧ブレーキの制動の強度を制御する。
【００５３】
ステアリングＥＣＵ１６は、ＣＰＵと記憶部とから成り、誘導運転状態のモード時に、管制制御装置１から入力される制御信号に基づき、電動車両１の進行方向の制御、すなわちステアリング部２８の角度を調整するステアリングモータ３０（パワーステアリング）の制御を行う。ステアリング部２８は、ステアリングＥＣＵ１６へ、操作した角度を角度センサ（図示せず）により計測し、計測結果としてＳＴ信号を出力する。また、ステアリングＥＣＵ１６は、入力されるＳＴ信号により、ステアリングモータ３０の制御にフィードバックをかける。
【００５４】
さらに、ステアリングＥＣＵ１６は、自動制御運転のモードの場合、自動運転ＥＣＵ１７により演算されたステアリング角度に基づいて、走行方向に対するステアリング角度の操作量を制御する。一方、ステアリングＥＣＵ１６は、手動制御運転のモードの場合、利用者が回転させるハンドル（図示せず）の操作量に基づいて、走行方向変更に対するステアリング角度の操作量を制御する。
【００５５】
通信ユニット３１は、車車アンテナ８を用いて、他の電動車両１との間において車車間通信を行うとともに、オープンされた通信回線を介して、自車の自動運転ＥＣＵ１７と他の電動車両１における自動運転ＥＣＵ１７との間に情報のやりとりを行わせる。
また、通信ユニット３１は、図示略のＧＰＳレシーバを備えており、人工衛星からのＧＰＳ信号を受信して、その受信結果を自動運転ＥＣＵ１７に送信できるようになっている。
【００５６】
磁気ネイル検出部３２は、図示しない磁気センサーを備えた構成とされており、図示略の車両専用ポート内における電動車両１の停止位置に埋設されたネイル（磁気くぎ）による交流磁界を検出し、この検出結果を自動運転ＥＣＵ１７に出力する。
【００５７】
また、自動運転ＥＣＵ１７には、スピードセンサー３５およびヨーレートセンサー３６が接続されている。自動運転ＥＣＵ１７は、その内部ＣＰＵが、ウォッチドッグタイマなどを用いて、一定時間（例えば、１０ｍｓ）ごとに、スピードセンサー３５およびヨーレートセンサー３６の検出結果をサンプリングするようになっており、これらの検出結果と、ＧＰＳ信号により得られた自車位置とに基づいて、自車位置情報（自車の現在位置および自車の進行方位）を一定時間（例えば、１０ｍｓ）ごとに演算し、この演算結果を、記憶部２２に対して、時刻をアドレスとした第一の軌跡データＴ１として記憶する。
【００５８】
さらに、自動運転ＥＣＵ１７は、レーザーレーダー６の検出結果に基づいて、自車の直前車両の自車からの位置（車間距離）と方位とをリアルタイムに演算することができる。
【００５９】
加えて、自動運転ＥＣＵ１７は、上記従来の技術と同様の手法により、演算された自車の現在位置および直前車両の現在位置と、車車間通信により得られた直前車両における第二の軌跡データＴ２とに基づいて、先導車１’と自車との座標系のずれ量を演算することができるようになっている。これについては、後述する。
【００６０】
以上のような構成とされた自動走行システム１０においては、以下のようにして、複数の電動車両１，…の隊列走行が開始される。すなわち、管制制御装置１１は、複数の電動車両１，…を、隊列走行を行うべき車両（以下、車群という。）として指定し、これら電動車両１，…を、車両専用ポート内の所定の走行開始ポイントに誘導制御し、縦列停車させる。
この際に、各電動車両１の自動運転ＥＣＵは、車両専用ポートにおいて埋設された磁気ネイルの位置を磁気ネイル検出部３２により検出し、この位置を各車両の保有する座標系における原点として定める。
【００６１】
また、管制制御装置１１は、これら縦列させられた電動車両１，…のうち、先頭に位置するものを、先導車１’として、先導車１’の後方に位置する電動車両１，…を、後続車１”，…として認識させる。
【００６２】
次に、このように縦列された電動車両１，…のうち、先導車１’に、運転者が搭乗し、そのＩＣカードユニット１８にＩＣカード２０を挿入するとともに、ＩＧスイッチ２１をＯＮとすることによって、先導車１’が手動制御運転モードとされる。この際、先導車１’の通信ユニット３１は、後続車１”，…との間に、車車間通信の通信回線をオープンする。
この通信回線のオープンに伴い、各電動車両１，…の時刻は、先導車１’の時刻にリセットされ同期化される。
【００６３】
一方、後続車１”の自動運転ＥＣＵ１７は、管制制御装置１１からのＩＧ指令信号により、自動制御運転モードとされるとともに、レーザーレーダー６により得られた直前車両の自車からの方位および距離等を参照して、直前車両との間の車間距離を一定に保つように、パワートレインＥＣＵ３、ブレーキＥＣＵ１５、およびステアリングＥＣＵ１６の制御を開始する。
【００６４】
そして、先導車１’は、後続車１”のパワートレインＥＣＵ３、ブレーキＥＣＵ１５、およびステアリングＥＣＵ１６により行われた故障診断結果等を参照して先導車１’と後続車１”，…とが一体となって隊列走行を開始できるか否かの判断を行い、隊列走行が可能である場合には、自車の図示しないコントロールパネルに、隊列走行開始の許可表示を行う。先導車１’の運転者は、この隊列走行開始許可表示を確認して、先導車１’を手動操作する。この際、後続車１”，…は、自動運転ＥＣＵ１７の記憶部２２に記憶されたプログラムに基づき、先導車１’に追従するように走行を開始し、これにより、隊列走行が開始される。
【００６５】
隊列走行中、後続車１”の自動運転ＥＣＵ１７は、以下に示すような処理を一定時間（例えば、１０ｍｓ）ごとに行い、その処理結果に基づいて、ステアリングＥＣＵ１６を介して自車のステアリングモータ３０の動作を制御する。なお、ここに、後続車１”は、隊列走行の際に、先頭から数えてｎ番目に位置する車両（ｎ号車）であるとする。
【００６６】
図２は、後続車１”において行われる処理を概念的に示す図である。
この図に示すように、後続車１”は、車車間通信（車車間通信手段Ａ）により前走車から、先導車座標系における先導車位置情報：Ｉ１、前走車における先導車座標系へ補正後の前走車位置情報：Ｉ２を得る。ここに車車間通信手段Ａは、上述の通信ユニット３１に相当する。
【００６７】
一方、後続車１”は、自車位置検出手段Ｂにより、自車座標系における自車位置情報を得る。ここに、自車位置検出手段Ｂは、上述のスピードセンサー３５、ヨーレートセンサー３６、およびＧＰＳ信号の検出結果に基づいて自車位置情報を演算する自動運転ＥＣＵ１７における処理に相当する。
【００６８】
さらに、後続車１”は、前走車位置検出手段Ｃにより、自車座標系における前走車位置情報を得る。この前走車位置検出手段Ｃは、上述の自車位置検出手段Ｂの演算結果およびレーザーレーダー６の検出結果に基づいて、前走車の位置を推定するための自動運転ＥＣＵ１７における処理に相当する。
【００６９】
そして、後続車１”は、先導車座標系自車位置補正手段Ｄにおいて、自車位置検出手段Ｂの検出結果、前走車位置検出手段Ｃの検出結果、および、先導車座標系における前走車位置情報Ｉ２に基づき、先導車座標系に補正後の自車位置情報を演算する。
【００７０】
さらに、後続車１”は、車両制御手段Ｆにより、先導車座標系自車位置補正手段Ｄの演算結果と、車車間通信により得られた先導車の位置情報：Ｉ１とに基づいて、自車を先導車１”に対して追従走行させる。
【００７１】
次に、図２に示した後続車１”における処理を、図３を参照してさらに詳細に説明する。
なお、ここに、後続車１”は、隊列走行の際に、先頭から数えてｎ番目に位置する車両（ｎ号車）であるとし、ｎ号車の直前の車両は先導車１’でない（すなわち、ｎ＞２である）とする。また、先導車を１号車、前走車をｎ−１号車（先頭から数えてｎ−１台目の車両）とする。
【００７２】
図３中に示すように、まず、自動運転ＥＣＵ１７は、レーザーレーダー６の検出結果を処理し、これにより、直前を走行する車両（ｎ−１号車）の自車から推定距離および方位を演算する（ブロックＢ１）。
【００７３】
また、この後、自動運転ＥＣＵ１７は、スピードセンサー３５およびヨーレートセンサー３６の検出結果に基づき、自車の保有する座標系における自車位置情報（自車の現在位置（重心位置）および方位）：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）ｎを演算し、さらに、この演算結果を第一の軌跡データＴ１として記憶部２２に記憶する（ブロックＢ２）。なお、このブロックＢ２の処理は、上述の自車位置検出手段Ｂに相当する。
【００７４】
次に、自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ２において演算された自車位置情報：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）ｎと、ブロックＢ１におけるレーザーレーダー６の出力の処理結果とに基づき、前走車（ｎ−１号車）の自車（ｎ号車）座標系における位置情報：（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）ｎを演算する（ブロックＢ３）。このブロックＢ３の処理は、上述の前走車位置検出手段Ｃに相当する。
【００７５】
続いて、自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ３における演算結果と、車車間通信により得られた前走車（ｎ−１号車）の記憶部２２に記憶された第二の軌跡情報データＴ２とを比較することにより、自車座標系の先導車座標系への補正量、すなわち、自車座標系と先導車座標系とのずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１を演算する（ブロックＢ４）。なお、ここで用いる前走車（ｎ−１号車）の第二の軌跡情報データＴ２は、前走車の自動運転ＥＣＵ１７が図２と同様の処理を行う際に、ブロックＢ５（後述）の処理において演算され、その演算結果を前走車（ｎ−１号車）の記憶部２２に記憶したものであり、その値は、先導車座標系に補正後の前走車（ｎ−１号車）の位置情報：（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１となっている。したがって、これとブロックＢ３における演算結果：（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）ｎとを比較することにより、ブロックＢ４においては、自車（ｎ号車）の先導車座標系への補正量（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１が求められる。なお、ここで用いる前走車の第二の軌跡情報データは、上述の前走車位置情報Ｉ２に相当する。。
【００７６】
次に、自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ４の演算結果：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１に基づいて、ブロックＢ２において得られた自車（ｎ号車）座標系における自車位置情報：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）ｎを、先導車１’（１号車）座標系における値：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）１へ補正する。この場合に行うべき演算は、
（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）１＝（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）ｎ＋（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１…（４）
に補正演算する（ブロックＢ５）。さらに、自動運転ＥＣＵ１７は、このようにして演算された先導車１’（１号車）座標系に補正後の自車位置情報：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）１を、第二の軌跡データＴ２として、記憶部２２に記憶する。この第二の軌跡データＴ２は、車車間通信を介して後続のｎ＋１号車に対して送信され、ｎ＋１号車の自動運転ＥＣＵ１７におけるブロックＢ４の処理に用いられる。なお、以上のブロックＢ４およびＢ５における処理は、上述の先導車座標系自車位置補正手段Ｄに相当する。
【００７７】
さらに、自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ５において得られた先導車１’（１号車）座標系に補正後の自車位置情報：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）１と、車車間通信により得られた先導車１’自身の第一の軌跡データＴ１（先導車座標系における先導車位置情報：（ｘ１，ｙ１，θ１）１）とに基づいて、自車（ｎ号車）の位置が、先導車１’（１号車）の走行軌跡に比較してどの程度変位しているかを算出する。ここでは、ブロックＢ６１において自車（ｎ号車）の進行方向に直交する方向の変位量（横変位量：ΔＹ）と、先導車１’の進行方向に対する自車（ｎ号車）の進行方向の回転変位量（角度変位量：ΔΘ）とを算出し、またブロックＢ６２において、自車の進行方向と同一方向の変位量（縦変位量：ΔＸ）を算出するものとする。なお、ここに、先導車の走行軌跡データ：（ｘ１，ｙ１，θ１）１は、上述の先導車の位置座標Ｉ１に相当する。
【００７８】
さらに、自動運転ＥＣＵ１７は、記憶部２２にあらかじめ記憶されたプログラムにより、ブロックＢ７１において演算された横変位量：ΔＹと角度変位量：ΔΘに基づき、ステアリング操作量を演算する（ブロックＢ７１）。また、これと並行して自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ７２において演算された縦変位量：ΔＸと、車車間通信により得られた先導車１’のアクセルペダル部２３およびブレーキ部２６の操作量、先導車１’の速度、加速度とに基づき、モータ操作量およびブレーキ操作量を演算する（ブロックＢ７２およびブロックＢ７３）。
そして、自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ７１において演算されたステアリング操作量を、ステアリングＥＣＵ１６に対して送信し、ステアリングＥＣＵ１６は、送信されたステアリング操作量に基づいて、ステアリングモータ３０を制御し、これによりステアリング部２８の調整を行う。
また、自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ７２において演算されたモータ操作量を、パワートレインＥＣＵ３に送信する。パワートレインＥＣＵ３は、送信されたモータ操作量に基づいて、モータ４の制御を行う。さらに、自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ７３において演算されたブレーキ操作量を、ブレーキＥＣＵ１５に送信する。ブレーキＥＣＵ１５は、送信されたブレーキ操作量に基づいてブレーキ部２６の制御を行う。
これにより、なお、これらブロックＢ６１，Ｂ６２，Ｂ７１，Ｂ７２，Ｂ７３における処理、ステアリングＥＣＵ１６によるステアリングモータ３０の制御、パワートレインＥＣＵ３によるモータ４の制御、および、ブレーキＥＣＵ１５によるブレーキ部２６の制御は、上述の車両制御手段Ｅに相当する。
【００７９】
図４は、ブロックＢ４における自車（ｎ号車）と先導車１’（１号車）との座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１の演算を行う際の処理の詳細を示すフローである。
【００８０】
図４中に示すように、自車（ｎ号車）と先導車１’（１号車）との座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１を求めるには、まず、車車間通信により得られた前走車（ｎ−１号車）の第二の軌跡情報データＴ２と、電動車両１の車長等に基づき、先導車１’（１号車）座標系における前走車（ｎ−１号車）の後端中心位置（リフレクタ７の中心位置）を演算する（ステップＳ４１）。なお、この演算結果は、先に従来の技術において示した｛Ｘ’Ｆ（ｔ２），Ｙ’Ｆ（ｔ２）｝に相当する。
【００８１】
次に、ブロックＢ３において演算された自車（ｎ号車）座標系における前走車（ｎ−１号車）の位置情報（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）ｎと、電動車両１の車長等とから、前走車（ｎ−１号車）座標系における前走車の後端中心位置を演算する（ステップＳ４２）。なお、この演算結果は、先に従来の技術において示した｛Ｘ’ＦＢ（ｔ２），Ｙ’ＦＢ（ｔ２）｝に相当する。
【００８２】
そして、今回のステップＳ４１の演算結果と、前回（１０ｍｓ前）、図４に示す処理が行われた際のステップＳ４１の演算結果（従来の技術における｛Ｘ’Ｆ（ｔ１），Ｙ’Ｆ（ｔ１）｝に相当）との時系列的に連続する二つのデータから、車車間通信データに基づいた前走車（ｎ−１号車）の進行方向方位を算出する（ステップＳ４３）。なお、この演算結果は、先に従来の技術において示したθ’Ｆ（ｔ１，ｔ２）に相当する。
【００８３】
また、今回のステップＳ４２の演算結果と、前回（１０ｍｓ前）、図３に示す処理が行われた際のステップＳ４２の演算結果（先に従来の技術において示した｛Ｘ’ＦＢ（ｔ１），Ｙ’ＦＢ（ｔ１）｝に相当）との時系列的に連続する二つのデータから、レーダ検出データに基づいた前走車（ｎ−１号車）の進行方向方位を算出する（ステップＳ４４）。なお、この演算結果は、従来の技術におけるθ’ＦＢ（ｔ１，ｔ２）に相当する。
【００８４】
そして、ステップＳ４３およびＳ４４において得られた進行方向方位の偏差を演算する。この演算結果は、先に従来の技術において示したΔθＦＢに相当する（ステップＳ４５）。
【００８５】
さらに、自車（ｎ号車）と前走車（ｎ−１号車）との座標系の方位のずれ量：（Δθ）ｎ→ｎ−１として、ステップＳ４５における演算結果のうちの一定割合（ここでは、５％）を採用する（ステップＳ４６）。ここで、（Δθ）ｎ→ｎ−１の値として、ステップＳ４５における演算結果をそのまま用いなかったのは、レーザーレーダー６の検出結果にノイズ成分が含まれていることを考慮したためである。
【００８６】
そして、ステップＳ４６においてずれ量として採用された（Δθ）ｎ→ｎ−１を用いて、ステップＳ４２において演算された自車（ｎ号車）の保有する座標系における前走車（ｎ−１号車）の後端中心位置（レーダによる前走車後端中心位置）を回転補正する（ステップＳ４７）。
【００８７】
さらに、ステップＳ４７の演算結果と、ステップＳ４１において演算された車車間通信による先導車１’（１号車）座標系における前走車（ｎ−１号車）の後端中心位置と、ステップＳ４２において演算されたレーダー検出データによる自車（ｎ号車）座標系における前走車（ｎ−１号車）の後端中心位置とから、先導車１’（１号車）と自車（ｎ号車）との間の座標系のｘ−ｙ方向の偏差を演算する（ステップＳ４８）。なお、この演算結果は、先に従来の技術において示したΔＸＦＢ、ΔＹＦＢに相当する。
【００８８】
そして、ステップＳ４８の演算結果のうちの一定割合（ここでは、１５％）を前走車（ｎ−１号車）と自車（ｎ号車）との間のｘ−ｙ方向の座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ）ｎ→ｎ−１として採用し（ステップＳ４９）、リターンする。ここで、（Δｘ，Δｙ）ｎ→ｎ−１の値として、ステップＳ４８の値をそのまま採用しなかったのは、ノイズの影響を考慮したためである。
【００８９】
以上のような手順により、ブロックＢ４における自車座標系と前走車座標系との間のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→１の演算が完了する。
【００９０】
図５は、ブロックＢ５で、自車（ｎ号車）の座標を、先導車１’（１号車）座標系へ変換する際の手順の詳細を示す図である。
ここでは、まず、ステップＳ４６において自車と前走車との座標系の方位のずれ量（角度補正量）として採用された値：（Δθ）ｎ→ｎ−１を用い、ブロックＢ２において演算された自車座標系における自車位置：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）ｎを回転補正する（ステップＳ５１）。
【００９１】
さらに、ステップＳ４９において座標系のｘ−ｙ方向のずれ量（ｘ−ｙ補正量）として採用された値：（Δｘ，Δｙ）ｎ→ｎ−１を用い、ステップＳ５１の演算結果をさらに平行移動補正する（ステップＳ５２）。
【００９２】
そして、このように回転、平行移動補正された自車座標を、先導車１’（１号車）座標系における自車（ｎ号車）座標：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）１として採用し（ステップＳ５３）、リターンする。
【００９３】
以上述べたように、自動追従走行システム１０においては、後続車１”であるｎ号車が、ブロックＢ４において（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１を演算する際、自車（ｎ号車）の自動運転ＥＣＵ１７において演算された（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）ｎの値と、前走車（ｎ−１号車）の記憶部２２に第二の軌跡データＴ２として記憶された（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１の値とを利用するようにしている。この場合、（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）ｎおよび（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１は、前走車（ｎ−１号車）位置情報を、ｎ号車座標系および１号車座標系によりそれぞれ表したものであるから、これらを比較することにより、ブロックＢ４において、先導車〜自車間の座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１を直接的に算出することができる。これにより、先導車〜自車間の座標系のずれ量を算出するにあたって、従来と異なり、連続する２台の車両の座標系のずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１，（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２，（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→３，…，（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→ｎ−２を全て加算生成等する必要が無く、演算処理負荷の軽減化を図ることができる。
【００９４】
さらに、この場合、前走車（ｎ−１号車）から自車（ｎ号車）に対して、車車間通信により送信すべき情報は、前走車（ｎ−１号車）の第二の軌跡データＴ２における（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１のみであり、従来と異なり、連続する２台の車両の座標系のずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１，（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２，（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→３，…，（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→ｎ−２を全て前走車から得る必要が無い。これにより、車車間通信の負担の軽減化を図ることができ、ＣＰＵ等の負担を軽減して、迅速な制御を実現することができる。
【００９５】
加えて、自動追従走行システム１０においては、ブロックＢ４において先導車〜自車間の座標系ずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１を演算する上で利用した、先導車（１号車）座標系における前走車（ｎ−１号車）位置情報：（ｘｎ−１，ｙｎ −１，θｎ−１）１が、前走車（ｎ−１号車）のブロックＢ５において演算されたずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→１に基づいて形成されている。
【００９６】
これを式で表すと、まず、ブロックＢ４における演算処理を関数ｆで表した場合、
（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１＝ｆ｛（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１｝ …（１）
と表現でき、さらに、ブロックＢ５における演算処理を関数ｇで表すと、前走車（ｎ−１号車）のブロックＢ５においては、
（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１＝ｇ｛（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→１ ｝ …（２）
で表せられる処理が行われていることとなる
【００９７】
したがって、
（１）および（２）式から、
（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１＝ｇ・ｆ｛（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→１ ｝ …（３）
が導かれる。
【００９８】
（３）式の意味するところは、自車（ｎ号車）と先導車１’（１号車）との間の座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１が、前走車（ｎ−１号車）と先導車１’（１号車）との間の座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→１に基づいて形成されるということであり、したがって、（３）式を順次前方の車両に拡張して考えれば、ずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１は、前走車あるいはその前を走行する車両が、自車位置等を先導車座標系に変換する際に用いたずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１，（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→１，（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→１，…，（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→１に基づいて形成されていることが理解される。したがって、自動追従走行システム１０によれば、各車両が自車位置等を先導車座標系に変換する際に用いたずれ量が非同期となることがなく、精度よく各車の座標系のずれを補正することが可能となる。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自動追従走行システムにおいては、先導車座標系自車位置補正手段が、車車間通信により送信された前走車における先導車座標系の補正後の前走車位置情報に基づいて、自車位置情報を先導車座標系へ補正する構成となっているために、従来と異なり、先導車座標系における自車位置を演算する際に、前を走行する連続する２台の車両の座標系のずれ量の全てを前走車から得るような必要がなく、車車間通信の通信バッファ容量が過大なものとなることがない。また、これら連続する２台の車両の座標系のずれ量を先導車側から全て加算生成する必要がないために、従来に比較して計算処理負荷の軽減化を図ることができる。したがって、ＣＰＵ等の負担を軽減して、迅速な制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を模式的に示す図であって、電動車両の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した電動車両が隊列走行を行う際に、後続車が行う処理の内容を概念的に示したブロック図である。
【図３】後続車の自動運転ＥＣＵにおいて行われる処理を詳細に示すフロー図である。
【図４】図３に示した処理フローのうちのブロックＢ４において行われる処理の詳細を示すフローチャートである。
【図５】図３に示した処理フローのうちのブロックＢ５において行われる処理の詳細を示すフローチャートである。
【図６】電動車両の概略構成を示す斜視図である。
【図７】図６に示した電動車両が、２台で隊列走行する際における後続車のレーザーレーダーと先行車のレーダー計測点との位置関係を示す平面図である。
【図８】先導車の保有する座標系と後続車の保有する座標系との間のずれ量を説明するための線図である。
【図９】本発明の解決すべき課題を示す図であって、４台の電動車両が隊列走行する場合の状況を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１ 電動車両
１’ 先導車
１” 後続車
３ パワートレインＥＣＵ（車両制御手段）
１０ 自動追従走行システム
１５ ブレーキＥＣＵ（車両制御手段）
１６ ステアリングＥＣＵ（車両制御手段）
１７ 自動運転ＥＣＵ
３１ 通信ユニット
ブロックＢ２ 自車位置検出手段
ブロックＢ３ 前走車位置検出手段
ブロックＢ４，Ｂ５ 先導車座標系自車位置補正手段
ブロックＢ６１，Ｂ６２，Ｂ７１，Ｂ７２，Ｂ７３ 車両制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦列させた複数の車両のうち、先頭に位置する先導車に対して自動追従させて隊列走行させる自動追従走行システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、一定地域内において小型の電気自動車を複数の利用者により共有することにより、車両の効率的な利用を図り、これにより、渋滞や駐車場不足等を解消するとともに、資源・エネルギーの節約や大気汚染の改善等を図るシステムが提案されている。
【０００３】
すなわち、限られた地域内にポートと呼ばれる専用パーキングを数カ所設置し、このポートから、利用者が車両を自由に借り出せるようにし、さらに、車両の使用後には、車両をこのポートに返却できるようにする。これにより、利用者が必要なときのみ車両を利用することができるようになる。また、ポートの数が多ければ、駐車場を探したり、路上駐車をする必要が無く、渋滞を解消することができる。
【０００４】
しかしながら、このようなシステムにおいては、ポートの設置場所などにより、一部のポートに車両が集中し、他のポートにおいては、車両が過疎状態となることが懸念される。
【０００５】
そこで、ポート間における車両の不均衡を容易に解消することができるように、複数の車両を、ポート間で効率的に移動させるための技術が提案されている（例えば、特開平５−１７０００８号参照）。この技術においては、縦列させた複数の車両のうち、先頭に位置する先導車のみを運転手により有人運転し、後続車を、先導車から送信された先導車の運転操作量データに基づき自動運転制御するようにしている。これにより、後続車は、先導車と同一の軌跡をトレースするように運転制御され、結果として、一連の車両が先導車を先頭として隊列を形成しつつ走行する状態（隊列走行）が実現される。このとき、後続車は、自動運転制御されるために、無人運転が可能となり、省人化を図ることができる。
【０００６】
このように隊列走行を行う場合、後続車は、単純に、その走行軌跡が先導車の走行軌跡と一致するように、自車のアクセル、ブレーキ、ステアリングを制御すればよいように考えられる。しかし、たとえ、先導車と後続車が、同一車種であっても、路面状況の違い、走行性能のばらつき、走行制御を行う際に使用する各種センサにおける誤差等により、それぞれの車両がその走行軌跡を特定するために保有している座標系が、徐々にずれていってしまうこととなる。このような場合、先導車と同一軌跡をトレースする制御がいかに正確であっても、座標系のずれ量により実際の走行軌跡が、先導車−後続車間で異なってしまうという問題が生じる。
【０００７】
このような問題を解決するために、この座標系のずれ量を、各車両間にオープンした通信回線（以下、車車間通信という。）によって得られた先導車の軌跡情報と、自身で得たレーダ情報とに基づいて算出し、自車の軌跡（位置）情報を、先導車の保有する座標系における軌跡情報として補正することにより、あたかも全ての車両が、同一の座標系で走行しているように制御を行う技術が提案されている。
【０００８】
以下、後続車の軌跡情報を、先導車が保有する座標系における軌跡情報として補正するための技術を説明する。
ここに、先導車および後続車は、図６において示されるような電動車両１によって構成されるものとする。すなわち、電動車両１は、バッテリ２からの電力が、パワートレインＥＣＵ３により制御されるモータ４に供給され、モータ４の回転により車輪５を回転させて走行するようになっている。
【０００９】
また、電動車両１は、図６に示すように、そのフロントバンパーの中央に、広角操作可能なレーザーレーダー６が取り付けられ、リアバンパーの中央に、後続車のレーザーレーダー６から発射されるレーザー電波を反射するために鏡面処理が施されたプレートからなるリフレクタ７が取り付けられた構成となっている。
【００１０】
この電動車両１を隊列走行させた場合、後続車は、そのレーザーレーダー６により、直前に位置する車両のリフレクタ７をリアルタイムに捕捉することができ、これにより、後続車を基準とした当該後続車の直前車両の位置（車間距離）と方位とをリアルタイムに検出することができる。
【００１１】
また、電動車両１には、図示しないスピードセンサおよびヨーレートセンサが設けられており、これらセンサの検出値に基づき、自車の保有する座標系内における自車位置および自車の進行方向ならびに自車の走行軌跡を把握できるようになっている。
【００１２】
さらに、電動車両１のルーフには、電動車両１同士の間において無線通信（車車間通信）を行うための車車アンテナ８が設けられている。この車車アンテナ８を用いて車車間通信を行うことにより、各車両は、他車両の位置および走行軌跡（当該他車両が保有する座標系内における当該他車両の位置および走行軌跡）を把握できるようになっている。なお、各車両の座標系は、例えば、電動車両１のポートうちの特定箇所を原点とするように、初期化されている。
【００１３】
このような構成の電動車両１を、図７に示すように、先導車１’と後続車１”との２台で隊列走行させたとする。この場合、図７に示すように、
ｆＢ：後続車１”における重心位置Ｇ２からレーザーレーダー６の取付位置までの距離、
ｂＦ：先行車１’における重心位置Ｇ１からレーザー計測点であるリフレクタ７までの距離、
Ｌｘ（ｔ１）：時刻ｔ１での後続車１”のレーザレーダー６と先行車１’のリフレクタ７との間の距離における後続車１”の進行方向成分、
Ｌｙ（ｔ１）：時刻ｔ１での後続車１”のレーザレーダー６と先行車１’のリフレクタ７との間の距離における後続車１”の進行方向に直角な車幅方向の成分、
と定義し、さらに、各種符号を
ＧＦ：先行車の座標系、
ＧＢ：後続車の座標系、
ＸＦ（ｔ１）：時刻ｔ１でのＧＦ座標系における先導車１’の重心位置のＸ座標、
ＹＦ（ｔ１）：時刻ｔ１でのＧＦ座標系における先導車１’の重心位置のＹ座標、
θＦ（ｔ１）：時刻ｔ１でのＧＦ座標系における先導車１’のヨー角度、
ＸＢ（ｔ１）：時刻ｔ１でのＧＢ座標系における後続車１”の重心位置のＸ座標、
ＹＢ（ｔ１）：時刻ｔ１でのＧＢ座標系における後続車１”の重心位置のＹ座標、
θＢ（ｔ１）：時刻ｔ１でのＧＢ座標系における後続車１”のヨー角度、
と定義すると、時刻ｔ１でのＧＦ座標系における先導車１’のレーダ計測点（リフレクタ７）の座標｛Ｘ’Ｆ（ｔ１），Ｙ’Ｆ（ｔ１）｝は、これら符号を用いて、
Ｘ’Ｆ（ｔ１）＝ＸＦ（ｔ１）−ｂＦ×ｃｏｓθＦ（ｔ１）
Ｙ’Ｆ（ｔ１）＝ＹＦ（ｔ１）−ｂＦ×ｃｏｓθＦ（ｔ１）
と表すことができる。また、同様に時刻ｔ１でのＧＢ座標系における先導車１’のレーダ計測点（リフレクタ７）の座標｛Ｘ’ＦＢ（ｔ１），Ｙ’ＦＢ（ｔ１）｝は、
Ｘ’ＦＢ（ｔ１）＝ＸＢ（ｔ１）＋｛Ｌｘ（ｔ１）＋ｆＢ｝×ｃｏｓθＢ（ｔ１）−Ｌｙ（ｔ１）×ｓｉｎθＢ（ｔ１）
Ｙ’ＦＢ（ｔ１）＝ＹＢ（ｔ１）＋｛Ｌｘ（ｔ１）＋ｆＢ｝×ｓｉｎθＢ（ｔ１）＋Ｌｙ（ｔ１）×ｃｏｓθＢ（ｔ１）
と表すことができる。
【００１４】
さらに、時刻ｔ１から一定時間経過後の時刻ｔ２における先導車１’のレーダ計測点（リフレクタ７）のＧＦ座標系およびＧＢ座標系における座標｛Ｘ’Ｆ（ｔ２），Ｙ’Ｆ（ｔ２）｝および｛Ｘ’ＦＢ（ｔ２），Ｙ’ＦＢ（ｔ２）｝（図８参照）は、同様に、
Ｘ’Ｆ（ｔ２）＝ＸＦ（ｔ２）−ｂＦ×ｃｏｓθＦ（ｔ２）
Ｙ’Ｆ（ｔ２）＝ＹＦ（ｔ２）−ｂＦ×ｃｏｓθＦ（ｔ２）
Ｘ’ＦＢ（ｔ２）＝ＸＢ（ｔ２）＋｛Ｌｘ（ｔ２）＋ｆＢ｝×ｃｏｓθＢ（ｔ２）−Ｌｙ（ｔ２）×ｓｉｎθＢ（ｔ２）
Ｙ’ＦＢ（ｔ２）＝ＹＦ（ｔ２）＋｛Ｌｘ（ｔ２）＋ｆＢ｝×ｓｉｎθＢ（ｔ２）＋Ｌｙ（ｔ２）×ｃｏｓθＢ（ｔ２）
と表すことができる。
【００１５】
今、図８に示すように、先導車１’のレーダ計測点（リフレクタ７）の時刻ｔ１における位置Ａと、時刻ｔ２における位置Ｂとを結ぶ直線Ｌを考えると、位置ＡのＧＦ座標系における座標は｛Ｘ’Ｆ（ｔ１），Ｙ’Ｆ（ｔ１）｝と、位置ＢのＧＦ座標系における座標は｛Ｘ’Ｆ（ｔ２），Ｙ’Ｆ（ｔ２）｝と表すことができるので、直線ＬとＸＦ軸とのなす角をθ’Ｆ（ｔ１，ｔ２）とすると、
θ’Ｆ（ｔ１，ｔ２）＝ａｒｃｔａｎ［｛Ｘ’Ｆ（ｔ２）−Ｘ’Ｆ（ｔ１）｝／｛Ｙ’Ｆ（ｔ２）−Ｙ’Ｆ（ｔ１）｝
と表すことができる。
【００１６】
同様に、直線ＬをＧＢ座標系上において考えた場合には、位置Ａ（図８参照）の座標を、｛Ｘ’ＦＢ（ｔ１），Ｙ’ＦＢ（ｔ１）｝と、位置Ｂの座標を、｛Ｘ’ＦＢ（ｔ２），Ｙ’ＦＢ（ｔ２）｝と表すことができるため、直線ＬとＸＢ軸とのなす角をθ’ＦＢ（ｔ１，ｔ２）とすると、
θ’ＦＢ（ｔ１，ｔ２）＝ａｒｃｔａｎ［｛Ｘ’ＦＢ（ｔ２）−Ｘ’ＦＢ（ｔ１）｝／｛Ｙ’ＦＢ（ｔ２）−Ｙ’ＦＢ（ｔ１）｝］
と表すことができる。
【００１７】
二つの座標系からみた直線Ｌは、元々同一のものであるので、ＧＢ座標系から見たＧＦ座標系の回転角をΔθＦＢとすると、
ΔθＦＢ＝θ’ＦＢ（ｔ１，ｔ２）−θ’Ｆ（ｔ１，ｔ２）
と表すことができる。また、ＧＢ座標系から見たＧＦ座標系原点の位置Ｘ座標をΔＸＦＢ、ＧＢ座標系から見たＧＦ座標系原点の位置Ｙ座標をΔＹＦＢとおくと、
ΔＸＦＢ＝Ｘ’ＦＢ（ｔ２）−Ｘ’Ｆ（ｔ２）×ｃｏｓΔθＦＢ−Ｙ’Ｆ（ｔ２）×ｓｉｎΔθＦＢ
ΔＹＦＢ＝Ｙ’ＦＢ（ｔ２）−Ｘ’Ｆ（ｔ２）×ｓｉｎΔθＦＢ−Ｙ’Ｆ（ｔ２）×ｃｏｓΔθＦＢ
と表すことができる。
【００１８】
以上のように、先導車１’と後続車１”との座標系の偏差である｛ΔＸＦＢ，ΔＹＦＢ，ΔθＦＢ｝を、先導車１’の保有する座標系における先導車１’の位置座標：（ＸＦ，ＹＦ，θＦ）、後続車１”の保有する座標系における後続車１”の位置座標（ＸＢ，ＹＢ，θＢ）、およびレーザー情報であるＬｘ，Ｌｙに基づいて表現することができる。これにより、後続車１”は、自車の保有する座標系における自車位置および進行方向、先導車１’の保有する座標系における先導車１’の位置、ならびに、レーザーレーダー６により検出された先導車１’の距離および方向に基づいて、先導車１’と後続車１”との座標系の偏差を求めることができ、さらに、後続車１”の軌跡情報に、この偏差を加味することにより、後続車１”の軌跡情報を先導車１’が保有する座標系における軌跡情報として補正することができる。
【００１９】
また、以上の例は、先導車１’および後続車１”が各１台ずつ存在する場合の例であるが、後続車１”が複数台あるときには、同様の式により、各車両ごとに直前の前走車の保有する座標系と自車の保有する座標系との偏差を求めることができることから、これら座標系間のずれ量を先導車１’側から順に累積していけば、先導車１’と各後続車１”との間の座標系の偏差を算出していくことができる。これにより、各後続車１”は、算出された偏差を用いて、その軌跡（位置）情報を、先導車１’の保有する座標系における軌跡情報として補正することが可能となる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した技術によれば、座標系同士の偏差（ずれ量）は、各車両とその直前の前走車との関係においてのみ直接的に求められるものであるから、ある後続車１”の前に前走車が例えばｎ台存在するとすると、直接的に求めることのできる座標系同士のずれ量は、ｎ個となる。
【００２１】
例えば、図９は、４台の電動車両１が隊列走行する場合を模式的に示したものであるが、この場合に、上述の手法により直接的に求めることのできる座標系同士のずれ量は、
▲１▼ 先導車１’（以下、１号車という。）とその直後に位置する後続車１”（以下、２号車という。）との座標系のずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１
▲２▼ ２号車とその直後に位置する後続車（以下、３号車という）との座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２
▲３▼ ３号車とその直後に位置する後続車（以下、４号車という）との座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→３
の計３つとなる。
ここに、（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｍ→ｎは、ｍ号車とｎ号車との座標系のずれ量（ｘ方向、ｙ方向、回転方向）を表す。
【００２２】
したがって、４号車の保有する座標系と１号車の保有する座標系とのずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→１を求めるためには、上記▲１▼から▲３▼の３つの値を累積させなければならない。
【００２３】
このとき、正確に（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→１の値を求めるには、上記▲１▼から▲３▼の値が、同じタイミングにおいて得られたデータに基づいて算出されている必要がある。つまり、各車両間における座標系のずれ量は時刻毎に変化しているので、ある時刻ｔにおける４号車と１号車との座標系のずれ量を正確に特定するには、このずれ量に含まれる上記▲１▼から▲３▼の値が時刻ｔと同期している、すなわち、同一時刻ｔにおいて得られたデータに基づいている必要があるわけである。なお、３号車と１号車との座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→１を算出する場合、あるいは、４号車より後方にさらにｎ号車が存在するときに１号車と各車両と座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１を算出する場合についても、同様のことが言える。
【００２４】
このようなデータの非同期性の問題を回避するために、従来、１号車とｎ号車との座標系のずれ量を算出する際に、ｎ号車は、ｎ号車の前方を走行する２号車，３号車，…，ｎ−１号車において座標系のずれを補正する際に用いたずれ量を車車間通信を介して直前の前走車から受信し、これらずれ量を、自車において得られたｎ−１号車〜ｎ号車間の座標系のずれ量とともに加算生成し、これにより、所望のずれ量（１号車とｎ号車との座標系のずれ量）を算出するようにしていた。
【００２５】
具体的には、図９に示すように４台の車両が隊列走行する場合には、各車両は、以下のようにして所望のずれ量を算出するようにしていた。なお、以下の式において、（ｘn，ｙn，θn）mとは、ｎ号車の位置座標および進行方位をｍ号車の保有する座標系において表したことを示す。
【００２６】
まず、２号車の位置座標を１号車の座標系に変換した値：（ｘ２，ｙ２，θ２）１を求めるには、２号車は、
（ｘ２，ｙ２，θ２）１＝（ｘ２，ｙ２，θ２）２＋（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１
を計算すればよい。この場合には、２号車は、自車において得られた情報（すなわち、自車の保有する座標系における自車位置および進行方位、ならびに、自車と前走車との間の座標系のずれ量）のみに基づいて、自車座標を１号車の保有する座標系における値に変換することができる。
【００２７】
ところが、３号車の位置座標を１号車の座標系に変換した値：（ｘ３，ｙ３，θ３）１を求めるには、３号車は、
（ｘ３，ｙ３，θ３）１＝（ｘ３，ｙ３，θ３）３＋（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→１
を計算しなければならない。
【００２８】
この場合、（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→１の値は、レーザ情報等に基づいて直接的に算出することができないため、３号車は、自車座標における自車位置および進行方位：（ｘ３，ｙ３，θ３）３に、自車において算出した２号車と３号車との座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２を加算して、２号車の保有する座標系における自車（３号車）の位置および進行方位：（ｘ３，ｙ３，θ３）２をいったん算出し、さらに、その算出された値に、２号車と１号車との座標系のずれ量を加算して（ｘ３，ｙ３，θ３）１の値を求めるようにしている。すなわち、
（ｘ３，ｙ３，θ３）２＝（ｘ３，ｙ３，θ３）３＋（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２
これにより、
同様に、４号車の位置座標および進行方位を１号車の座標系に変換した値：（ｘ４，ｙ４，θ４）１を求めるには、
【００３０】
これらの式から理解されるように、後ろに行けば行くほど、各後続車１”の保有する座標系における当該後続車１”の現在位置を先導車１’の座標系における値に変換するための式は、項数が多くなり、このため、後方の後続車１”においては、計算処理負荷が著しく増大することとなる。
【００３１】
また、上述したようなデータの非同期性の問題を回避するためには、各後続車１”において補正の際に利用する座標系間のずれ量に関する情報は、なるべく前走車が自車の現在位置を補正する際に使用したものと同一のものを使用したいが、このような情報をすべて車車間通信によって前走車から得るとすると、２号車から３号車へ送信すべき情報は、（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１のみであるのに対し、３号車から４号車へ送信すべき情報は、（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１，および（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２の二つとなり、さらに後方のｎ号車においては、ｎ−１個の情報を車車間通信により送信しなければならなくなる。したがって、多数の車両を用いて隊列走行を行う場合には、車車間通信の通信バッファ容量を著しく大きくしなければならず、各車両に搭載されたＣＰＵの負担が増大するとともに、迅速な制御が困難なものとなってしまう。
【００３２】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、各車両における計算処理負荷を軽減するとともに、通信バッファ容量を削減し、これにより、ＣＰＵ等の負担を軽減して、迅速な制御を行いうるようなシステムを提供することを課題とする。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の自動追従走行システムは、縦列させた複数の車両のうち、先頭に位置する先導車（例えば、実施の形態における先導車１’）に対して後続車（例えば、実施の形態における後続車１”）を自動追従させて隊列走行させる自動追従走行システム（例えば、実施の形態における自動追従走行システム１０）であって、
前記各車両は、他の車両と通信を行うための車々間通信手段（例えば、実施の形態における通信ユニット３１）と、
各車両がその走行軌跡を特定するために保有する特定箇所を原点とするよう初期化された自車座標系における自車位置情報をスピードセンサー、ヨーレートセンサーおよびＧＰＳ信号の検出結果に基づいて検出する自車位置検出手段（例えば、実施の形態での自動運転ＥＣＵ１７によるブロックＢ２の処理）とを有するとともに、
前記後続車は、
隊列走行時に直前を走行する前走車の自車座標系における位置情報を検出する前走車位置検出手段（例えば、実施の形態での自動運転ＥＣＵ１７によるブロックＢ３の処理）と、
前走車が先導車でない場合に、自車位置情報を自車座標系から先導車座標系に補正する先導車座標系自車位置補正手段（例えば、実施の形態での自動運転ＥＣＵ１７によるブロックＢ４およびＢ５の処理）と、
該先導車座標系自車位置補正手段による補正結果及び車々間通信により得られた先導車の走行軌跡に基づいて自車の位置が先導車の走行軌跡に比較してどの程度変位しているかを算出するとともに算出された変位量に基づいて自車を先導車に追従走行させる車両制御手段（例えば、実施の形態での自動運転ＥＣＵ１７によるブロックＢ６およびＢ７の処理）とを備え、
前記先導車座標系自車位置補正手段は、車々間通信により送信された前走車における先導車座標系に補正後の前走車位置情報と、前記前走車位置検出手段によって検出された自車座標系における前走車の位置情報と、前記自車位置検出手段によって検出された自車座標系における自車位置情報とに基づいて、自車位置情報を自車座標系から先導車座標系に補正することを特徴としている。
【００３４】
この発明においては、例えば、先導車を１号車、自車をｎ号車（先頭から数えてｎ台目の車両）、前走車をｎ−１号車（先頭から数えてｎ−１台目の車両）とすると、
ｎ号車において得られる情報は、ｎ号車自身において検出される
▲１▼ ｎ号車座標系におけるｎ号車位置情報：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）ｎ
▲２▼ ｎ号車座標系におけるｎ−１号車位置情報：（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）ｎ
と、車車間通信により得られる
▲３▼ １号車座標系におけるｎ−１号車位置情報：（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１
▲４▼ １号車座標系における１号車位置情報：（ｘ１，ｙ１，θ１）１
となる。
【００３５】
そして、ｎ号車においては、先導車座標系自車位置補正手段により、上記▲１▼，▲２▼，▲３▼の情報を用いて、１号車座標系に補正後のｎ号車位置情報：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）１が演算され、この演算結果と上記▲４▼の情報とにより、車両制御手段において、ｎ号車が１号車へ追従走行するための操作量が求められる。
【００３６】
この場合、先導車座標系自車位置補正手段は、上記▲２▼、▲３▼の情報を用いることにより、ｎ号車座標系の１号車座標系への補正量を直接的に算出し、これと上記▲１▼の情報とにより、１号車座標系に補正後のｎ号車位置情報を算出することができる。
【００３７】
つまり、▲２▼の（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）ｎおよび▲３▼の（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１は、ｎ−１号車の位置および進行方位を、ｎ号車座標系および１号車座標系によりそれぞれ表したものであるから、これらを比較することにより、ｎ号車座標系の１号車座標系への補正量を：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１を直接的に算出することができる。これにより、先導車〜自車間の座標系のずれ量を算出するにあたって、従来と異なり、連続する２台の車両の座標系のずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１，（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２，（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→３，…，（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→ｎ−２を全て加算生成等する必要が無く、演算処理負荷の軽減化を図ることができる。
【００３８】
一方、ｎ−１号車からｎ号車に対して、車車間通信により送信すべき情報は、上記▲３▼および▲４▼の情報のみであるために、従来と異なり、連続する２台の車両の座標系のずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１，（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２，（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→３，…，（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→ｎ−２を全て前走車から得る必要が無い。これにより、車車間通信の負担の軽減化を図ることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。なお、この実施の形態において上記従来の技術と共通する構成については、同符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
図１は、本発明の一実施の形態である自動追従走行システム１０のブロック図である。図中に示すように、自動追従走行システム１０は、管制制御装置１１および複数の電動車両１，…により概略構成されている。なお、ここでは、簡単のために一の電動車両１のみの構成を示している。
【００４１】
管制制御装置１１は、ＣＰＵおよび記憶装置を備えた構成とされており、通信ユニット１２を介して、誘導制御状態にある電動車両１の誘導制御を行う。また、管制制御装置１１は、表示器１３に、電動車両１，…の稼働状態を表示する。
【００４２】
電動車両１は、先に図６において示した構成と同一の構成を有するとともに、パワートレインＥＣＵ３、ブレーキＥＣＵ１５、ステアリングＥＣＵ１６、および自動運転ＥＣＵ１７を搭載した構成とされている。これらのうち、自動運転ＥＣＵ１７は、電動車両１を無人で自動制御運転させる際に主に用いられる。また、パワートレインＥＣＵ３、ブレーキＥＣＵ１５、および、ステアリングＥＣＵ１６は、電動車両１が自動制御運転および手動制御運転される際の双方において用いられる。
【００４３】
電動車両１における自動制御運転および手動制御運転のモード切替は、ＩＣカードユニット１８にＩＣカード２０が差し込まれた否かを参照して判定される。すなわち、ＩＣカードユニット１８は、ＣＰＵおよび記憶部を備えた構成とされるとともに、そのスイッチＳＷにより、ＩＣカード２０が挿入された否かを判定する。ＩＣカードユニット１８のＣＰＵは、スイッチＳＷによるＩＣカード２０の有無信号と、利用者により操作されるＩＧ（イグニッション）スイッチ部２１から入力されるＩＧ信号、または管制制御装置１１から送信される、運転制御を指令する指令信号に含まれるＩＧ（イグニッション）指令信号とにより、電動車両１が自動制御運転または手動制御運転のいずれのモードとされるべきかについての判定を行う。
【００４４】
さらに、ＩＣカードユニット１８は、電動車両１が自動制御運転または手動制御運転のいずれのモードとされるべきかについての判定結果を、パワートレインＥＣＵ３、ブレーキＥＣＵ１５、ステアリングＥＣＵ１６、および自動運転ＥＣＵ１７に出力する。この場合、自動制御運転のモードとされるべきとの判定結果が出力された際には、自動運転ＥＣＵ１７は、その記憶部２２に記憶されたプログラムに従い、パワートレインＥＣＵ３、ブレーキＥＣＵ１５、ステアリングＥＣＵ１６の制御を行う。
【００４５】
パワートレインＥＣＵ３は、ＣＰＵと記憶部とから成り、モータ４で発生したパワーを車輪（図示せず）に伝達させて駆動し、電動車両１を走行させるためのパワー伝達系を制御する。また、パワートレインＥＣＵ３は、モータ４から入力される回転センサ（図示せず）からのモータ４の回転数Ｒ、アクセルペダル部２３のアクセルセンサ（図示せず）から入力されるアクセルペダル開度ＡＰ、及びシフトポジションＳＷ（スイッチ）２４により、インバータ２５の出力するパルス数等を制御し、モータ４の回転数Ｒを制御する。
【００４６】
また、さらに、パワートレインＥＣＵ３は、自動制御運転のモードの場合、自動運転ＥＣＵ１７により演算されたアクセルの操作量により、アクセルペダル開度ＡＰを調整し、これにより、モータ４の回転数を制御する。
【００４７】
一方、パワートレインＥＣＵ３は、手動制御運転のモードの場合、利用者の踏むアクセルの操作量に応じたアクセルペダル開度ＡＰにより、モータ４の回転数を制御する。
【００４８】
シフトポジションＳＷ２４は、電動車両１に対して前進速度調節及び後進を行わせるため、シフト位置に対応してモータ４の回転数及び回転方向を指令する制御信号ＳＰをパワートレインＥＣＵ３へ出力する。
【００４９】
また、シフトポジションＳＷ２４は、自動制御運転のモードの場合に、記憶部２２に記憶されるプログラムに従い、自動運転ＥＣＵ１７によりシフト位置が制御される構成となっている。また、シフトポジションＳＷ２４は、手動制御運転のモードの場合に、利用者により、そのシフト位置が移動させられる。
【００５０】
インバータ２５は、３相交流モータであるモータ１０を駆動させるため、ＤＣ電源であるバッテリ２の出力する電圧を３相交流に変換してモータ４へ出力する。
【００５１】
ブレーキＥＣＵ１５は、ＣＰＵと記憶部とから成り、ブレーキ部２６の油圧ブレーキ（図示せず）の利きの度合いを調整するモジュレータ２７の制御を行う。また、ブレーキＥＣＵ１５は、ブレーキ部２６から入力される、モジュレータ２７に設けられた図示しない油圧センサにより検出される油圧の値から油圧ブレーキの操作量を求め、この操作量をＢＫ信号として、モジュレータ２７の制御にフィードバックする。
【００５２】
また、ブレーキＥＣＵ１５は、自動制御運転のモードの場合、自動運転ＥＣＵ１７により演算された油圧ブレーキの操作量に基づいて、ブレーキペダルの操作量を制御する。さらに、ブレーキＥＣＵ１５は、手動制御運転のモードの場合、利用者の踏むブレーキペダルの操作量に基づいて、油圧ブレーキの制動の強度を制御する。
【００５３】
ステアリングＥＣＵ１６は、ＣＰＵと記憶部とから成り、誘導運転状態のモード時に、管制制御装置１から入力される制御信号に基づき、電動車両１の進行方向の制御、すなわちステアリング部２８の角度を調整するステアリングモータ３０（パワーステアリング）の制御を行う。ステアリング部２８は、ステアリングＥＣＵ１６へ、操作した角度を角度センサ（図示せず）により計測し、計測結果としてＳＴ信号を出力する。また、ステアリングＥＣＵ１６は、入力されるＳＴ信号により、ステアリングモータ３０の制御にフィードバックをかける。
【００５４】
さらに、ステアリングＥＣＵ１６は、自動制御運転のモードの場合、自動運転ＥＣＵ１７により演算されたステアリング角度に基づいて、走行方向に対するステアリング角度の操作量を制御する。一方、ステアリングＥＣＵ１６は、手動制御運転のモードの場合、利用者が回転させるハンドル（図示せず）の操作量に基づいて、走行方向変更に対するステアリング角度の操作量を制御する。
【００５５】
通信ユニット３１は、車車アンテナ８を用いて、他の電動車両１との間において車車間通信を行うとともに、オープンされた通信回線を介して、自車の自動運転ＥＣＵ１７と他の電動車両１における自動運転ＥＣＵ１７との間に情報のやりとりを行わせる。
また、通信ユニット３１は、図示略のＧＰＳレシーバを備えており、人工衛星からのＧＰＳ信号を受信して、その受信結果を自動運転ＥＣＵ１７に送信できるようになっている。
【００５６】
磁気ネイル検出部３２は、図示しない磁気センサーを備えた構成とされており、図示略の車両専用ポート内における電動車両１の停止位置に埋設されたネイル（磁気くぎ）による交流磁界を検出し、この検出結果を自動運転ＥＣＵ１７に出力する。
【００５７】
また、自動運転ＥＣＵ１７には、スピードセンサー３５およびヨーレートセンサー３６が接続されている。自動運転ＥＣＵ１７は、その内部ＣＰＵが、ウォッチドッグタイマなどを用いて、一定時間（例えば、１０ｍｓ）ごとに、スピードセンサー３５およびヨーレートセンサー３６の検出結果をサンプリングするようになっており、これらの検出結果と、ＧＰＳ信号により得られた自車位置とに基づいて、自車位置情報（自車の現在位置および自車の進行方位）を一定時間（例えば、１０ｍｓ）ごとに演算し、この演算結果を、記憶部２２に対して、時刻をアドレスとした第一の軌跡データＴ１として記憶する。
【００５８】
さらに、自動運転ＥＣＵ１７は、レーザーレーダー６の検出結果に基づいて、自車の直前車両の自車からの位置（車間距離）と方位とをリアルタイムに演算することができる。
【００５９】
加えて、自動運転ＥＣＵ１７は、上記従来の技術と同様の手法により、演算された自車の現在位置および直前車両の現在位置と、車車間通信により得られた直前車両における第二の軌跡データＴ２とに基づいて、先導車１’と自車との座標系のずれ量を演算することができるようになっている。これについては、後述する。
【００６０】
以上のような構成とされた自動走行システム１０においては、以下のようにして、複数の電動車両１，…の隊列走行が開始される。すなわち、管制制御装置１１は、複数の電動車両１，…を、隊列走行を行うべき車両（以下、車群という。）として指定し、これら電動車両１，…を、車両専用ポート内の所定の走行開始ポイントに誘導制御し、縦列停車させる。
この際に、各電動車両１の自動運転ＥＣＵは、車両専用ポートにおいて埋設された磁気ネイルの位置を磁気ネイル検出部３２により検出し、この位置を各車両の保有する座標系における原点として定める。
【００６１】
また、管制制御装置１１は、これら縦列させられた電動車両１，…のうち、先頭に位置するものを、先導車１’として、先導車１’の後方に位置する電動車両１，…を、後続車１”，…として認識させる。
【００６２】
次に、このように縦列された電動車両１，…のうち、先導車１’に、運転者が搭乗し、そのＩＣカードユニット１８にＩＣカード２０を挿入するとともに、ＩＧスイッチ２１をＯＮとすることによって、先導車１’が手動制御運転モードとされる。この際、先導車１’の通信ユニット３１は、後続車１”，…との間に、車車間通信の通信回線をオープンする。
この通信回線のオープンに伴い、各電動車両１，…の時刻は、先導車１’の時刻にリセットされ同期化される。
【００６３】
一方、後続車１”の自動運転ＥＣＵ１７は、管制制御装置１１からのＩＧ指令信号により、自動制御運転モードとされるとともに、レーザーレーダー６により得られた直前車両の自車からの方位および距離等を参照して、直前車両との間の車間距離を一定に保つように、パワートレインＥＣＵ３、ブレーキＥＣＵ１５、およびステアリングＥＣＵ１６の制御を開始する。
【００６４】
そして、先導車１’は、後続車１”のパワートレインＥＣＵ３、ブレーキＥＣＵ１５、およびステアリングＥＣＵ１６により行われた故障診断結果等を参照して先導車１’と後続車１”，…とが一体となって隊列走行を開始できるか否かの判断を行い、隊列走行が可能である場合には、自車の図示しないコントロールパネルに、隊列走行開始の許可表示を行う。先導車１’の運転者は、この隊列走行開始許可表示を確認して、先導車１’を手動操作する。この際、後続車１”，…は、自動運転ＥＣＵ１７の記憶部２２に記憶されたプログラムに基づき、先導車１’に追従するように走行を開始し、これにより、隊列走行が開始される。
【００６５】
隊列走行中、後続車１”の自動運転ＥＣＵ１７は、以下に示すような処理を一定時間（例えば、１０ｍｓ）ごとに行い、その処理結果に基づいて、ステアリングＥＣＵ１６を介して自車のステアリングモータ３０の動作を制御する。なお、ここに、後続車１”は、隊列走行の際に、先頭から数えてｎ番目に位置する車両（ｎ号車）であるとする。
【００６６】
図２は、後続車１”において行われる処理を概念的に示す図である。
この図に示すように、後続車１”は、車車間通信（車車間通信手段Ａ）により前走車から、先導車座標系における先導車位置情報：Ｉ１、前走車における先導車座標系へ補正後の前走車位置情報：Ｉ２を得る。ここに車車間通信手段Ａは、上述の通信ユニット３１に相当する。
【００６７】
一方、後続車１”は、自車位置検出手段Ｂにより、自車座標系における自車位置情報を得る。ここに、自車位置検出手段Ｂは、上述のスピードセンサー３５、ヨーレートセンサー３６、およびＧＰＳ信号の検出結果に基づいて自車位置情報を演算する自動運転ＥＣＵ１７における処理に相当する。
【００６８】
さらに、後続車１”は、前走車位置検出手段Ｃにより、自車座標系における前走車位置情報を得る。この前走車位置検出手段Ｃは、上述の自車位置検出手段Ｂの演算結果およびレーザーレーダー６の検出結果に基づいて、前走車の位置を推定するための自動運転ＥＣＵ１７における処理に相当する。
【００６９】
そして、後続車１”は、先導車座標系自車位置補正手段Ｄにおいて、自車位置検出手段Ｂの検出結果、前走車位置検出手段Ｃの検出結果、および、先導車座標系における前走車位置情報Ｉ２に基づき、先導車座標系に補正後の自車位置情報を演算する。
【００７０】
さらに、後続車１”は、車両制御手段Ｆにより、先導車座標系自車位置補正手段Ｄの演算結果と、車車間通信により得られた先導車の位置情報：Ｉ１とに基づいて、自車を先導車１”に対して追従走行させる。
【００７１】
次に、図２に示した後続車１”における処理を、図３を参照してさらに詳細に説明する。
なお、ここに、後続車１”は、隊列走行の際に、先頭から数えてｎ番目に位置する車両（ｎ号車）であるとし、ｎ号車の直前の車両は先導車１’でない（すなわち、ｎ＞２である）とする。また、先導車を１号車、前走車をｎ−１号車（先頭から数えてｎ−１台目の車両）とする。
【００７２】
図３中に示すように、まず、自動運転ＥＣＵ１７は、レーザーレーダー６の検出結果を処理し、これにより、直前を走行する車両（ｎ−１号車）の自車から推定距離および方位を演算する（ブロックＢ１）。
【００７３】
また、この後、自動運転ＥＣＵ１７は、スピードセンサー３５およびヨーレートセンサー３６の検出結果に基づき、自車の保有する座標系における自車位置情報（自車の現在位置（重心位置）および方位）：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）ｎを演算し、さらに、この演算結果を第一の軌跡データＴ１として記憶部２２に記憶する（ブロックＢ２）。なお、このブロックＢ２の処理は、上述の自車位置検出手段Ｂに相当する。
【００７４】
次に、自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ２において演算された自車位置情報：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）ｎと、ブロックＢ１におけるレーザーレーダー６の出力の処理結果とに基づき、前走車（ｎ−１号車）の自車（ｎ号車）座標系における位置情報：（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）ｎを演算する（ブロックＢ３）。このブロックＢ３の処理は、上述の前走車位置検出手段Ｃに相当する。
【００７５】
続いて、自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ３における演算結果と、車車間通信により得られた前走車（ｎ−１号車）の記憶部２２に記憶された第二の軌跡情報データＴ２とを比較することにより、自車座標系の先導車座標系への補正量、すなわち、自車座標系と先導車座標系とのずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１を演算する（ブロックＢ４）。なお、ここで用いる前走車（ｎ−１号車）の第二の軌跡情報データＴ２は、前走車の自動運転ＥＣＵ１７が図２と同様の処理を行う際に、ブロックＢ５（後述）の処理において演算され、その演算結果を前走車（ｎ−１号車）の記憶部２２に記憶したものであり、その値は、先導車座標系に補正後の前走車（ｎ−１号車）の位置情報：（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１となっている。したがって、これとブロックＢ３における演算結果：（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）ｎとを比較することにより、ブロックＢ４においては、自車（ｎ号車）の先導車座標系への補正量（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１が求められる。なお、ここで用いる前走車の第二の軌跡情報データは、上述の前走車位置情報Ｉ２に相当する。。
【００７６】
次に、自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ４の演算結果：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１に基づいて、ブロックＢ２において得られた自車（ｎ号車）座標系における自車位置情報：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）ｎを、先導車１’（１号車）座標系における値：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）１へ補正する。この場合に行うべき演算は、
（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）１＝（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）ｎ＋（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１…（４）
に補正演算する（ブロックＢ５）。さらに、自動運転ＥＣＵ１７は、このようにして演算された先導車１’（１号車）座標系に補正後の自車位置情報：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）１を、第二の軌跡データＴ２として、記憶部２２に記憶する。この第二の軌跡データＴ２は、車車間通信を介して後続のｎ＋１号車に対して送信され、ｎ＋１号車の自動運転ＥＣＵ１７におけるブロックＢ４の処理に用いられる。なお、以上のブロックＢ４およびＢ５における処理は、上述の先導車座標系自車位置補正手段Ｄに相当する。
【００７７】
さらに、自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ５において得られた先導車１’（１号車）座標系に補正後の自車位置情報：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）１と、車車間通信により得られた先導車１’自身の第一の軌跡データＴ１（先導車座標系における先導車位置情報：（ｘ１，ｙ１，θ１）１）とに基づいて、自車（ｎ号車）の位置が、先導車１’（１号車）の走行軌跡に比較してどの程度変位しているかを算出する。ここでは、ブロックＢ６１において自車（ｎ号車）の進行方向に直交する方向の変位量（横変位量：ΔＹ）と、先導車１’の進行方向に対する自車（ｎ号車）の進行方向の回転変位量（角度変位量：ΔΘ）とを算出し、またブロックＢ６２において、自車の進行方向と同一方向の変位量（縦変位量：ΔＸ）を算出するものとする。なお、ここに、先導車の走行軌跡データ：（ｘ１，ｙ１，θ１）１は、上述の先導車の位置座標Ｉ１に相当する。
【００７８】
さらに、自動運転ＥＣＵ１７は、記憶部２２にあらかじめ記憶されたプログラムにより、ブロックＢ７１において演算された横変位量：ΔＹと角度変位量：ΔΘに基づき、ステアリング操作量を演算する（ブロックＢ７１）。また、これと並行して自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ７２において演算された縦変位量：ΔＸと、車車間通信により得られた先導車１’のアクセルペダル部２３およびブレーキ部２６の操作量、先導車１’の速度、加速度とに基づき、モータ操作量およびブレーキ操作量を演算する（ブロックＢ７２およびブロックＢ７３）。
そして、自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ７１において演算されたステアリング操作量を、ステアリングＥＣＵ１６に対して送信し、ステアリングＥＣＵ１６は、送信されたステアリング操作量に基づいて、ステアリングモータ３０を制御し、これによりステアリング部２８の調整を行う。
また、自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ７２において演算されたモータ操作量を、パワートレインＥＣＵ３に送信する。パワートレインＥＣＵ３は、送信されたモータ操作量に基づいて、モータ４の制御を行う。さらに、自動運転ＥＣＵ１７は、ブロックＢ７３において演算されたブレーキ操作量を、ブレーキＥＣＵ１５に送信する。ブレーキＥＣＵ１５は、送信されたブレーキ操作量に基づいてブレーキ部２６の制御を行う。
これにより、なお、これらブロックＢ６１，Ｂ６２，Ｂ７１，Ｂ７２，Ｂ７３における処理、ステアリングＥＣＵ１６によるステアリングモータ３０の制御、パワートレインＥＣＵ３によるモータ４の制御、および、ブレーキＥＣＵ１５によるブレーキ部２６の制御は、上述の車両制御手段Ｅに相当する。
【００７９】
図４は、ブロックＢ４における自車（ｎ号車）と先導車１’（１号車）との座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１の演算を行う際の処理の詳細を示すフローである。
【００８０】
図４中に示すように、自車（ｎ号車）と先導車１’（１号車）との座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１を求めるには、まず、車車間通信により得られた前走車（ｎ−１号車）の第二の軌跡情報データＴ２と、電動車両１の車長等に基づき、先導車１’（１号車）座標系における前走車（ｎ−１号車）の後端中心位置（リフレクタ７の中心位置）を演算する（ステップＳ４１）。なお、この演算結果は、先に従来の技術において示した｛Ｘ’Ｆ（ｔ２），Ｙ’Ｆ（ｔ２）｝に相当する。
【００８１】
次に、ブロックＢ３において演算された自車（ｎ号車）座標系における前走車（ｎ−１号車）の位置情報（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）ｎと、電動車両１の車長等とから、前走車（ｎ−１号車）座標系における前走車の後端中心位置を演算する（ステップＳ４２）。なお、この演算結果は、先に従来の技術において示した｛Ｘ’ＦＢ（ｔ２），Ｙ’ＦＢ（ｔ２）｝に相当する。
【００８２】
そして、今回のステップＳ４１の演算結果と、前回（１０ｍｓ前）、図４に示す処理が行われた際のステップＳ４１の演算結果（従来の技術における｛Ｘ’Ｆ（ｔ１），Ｙ’Ｆ（ｔ１）｝に相当）との時系列的に連続する二つのデータから、車車間通信データに基づいた前走車（ｎ−１号車）の進行方向方位を算出する（ステップＳ４３）。なお、この演算結果は、先に従来の技術において示したθ’Ｆ（ｔ１，ｔ２）に相当する。
【００８３】
また、今回のステップＳ４２の演算結果と、前回（１０ｍｓ前）、図３に示す処理が行われた際のステップＳ４２の演算結果（先に従来の技術において示した｛Ｘ’ＦＢ（ｔ１），Ｙ’ＦＢ（ｔ１）｝に相当）との時系列的に連続する二つのデータから、レーダ検出データに基づいた前走車（ｎ−１号車）の進行方向方位を算出する（ステップＳ４４）。なお、この演算結果は、従来の技術におけるθ’ＦＢ（ｔ１，ｔ２）に相当する。
【００８４】
そして、ステップＳ４３およびＳ４４において得られた進行方向方位の偏差を演算する。この演算結果は、先に従来の技術において示したΔθＦＢに相当する（ステップＳ４５）。
【００８５】
さらに、自車（ｎ号車）と前走車（ｎ−１号車）との座標系の方位のずれ量：（Δθ）ｎ→ｎ−１として、ステップＳ４５における演算結果のうちの一定割合（ここでは、５％）を採用する（ステップＳ４６）。ここで、（Δθ）ｎ→ｎ−１の値として、ステップＳ４５における演算結果をそのまま用いなかったのは、レーザーレーダー６の検出結果にノイズ成分が含まれていることを考慮したためである。
【００８６】
そして、ステップＳ４６においてずれ量として採用された（Δθ）ｎ→ｎ−１を用いて、ステップＳ４２において演算された自車（ｎ号車）の保有する座標系における前走車（ｎ−１号車）の後端中心位置（レーダによる前走車後端中心位置）を回転補正する（ステップＳ４７）。
【００８７】
さらに、ステップＳ４７の演算結果と、ステップＳ４１において演算された車車間通信による先導車１’（１号車）座標系における前走車（ｎ−１号車）の後端中心位置と、ステップＳ４２において演算されたレーダー検出データによる自車（ｎ号車）座標系における前走車（ｎ−１号車）の後端中心位置とから、先導車１’（１号車）と自車（ｎ号車）との間の座標系のｘ−ｙ方向の偏差を演算する（ステップＳ４８）。なお、この演算結果は、先に従来の技術において示したΔＸＦＢ、ΔＹＦＢに相当する。
【００８８】
そして、ステップＳ４８の演算結果のうちの一定割合（ここでは、１５％）を前走車（ｎ−１号車）と自車（ｎ号車）との間のｘ−ｙ方向の座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ）ｎ→ｎ−１として採用し（ステップＳ４９）、リターンする。ここで、（Δｘ，Δｙ）ｎ→ｎ−１の値として、ステップＳ４８の値をそのまま採用しなかったのは、ノイズの影響を考慮したためである。
【００８９】
以上のような手順により、ブロックＢ４における自車座標系と前走車座標系との間のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→１の演算が完了する。
【００９０】
図５は、ブロックＢ５で、自車（ｎ号車）の座標を、先導車１’（１号車）座標系へ変換する際の手順の詳細を示す図である。
ここでは、まず、ステップＳ４６において自車と前走車との座標系の方位のずれ量（角度補正量）として採用された値：（Δθ）ｎ→ｎ−１を用い、ブロックＢ２において演算された自車座標系における自車位置：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）ｎを回転補正する（ステップＳ５１）。
【００９１】
さらに、ステップＳ４９において座標系のｘ−ｙ方向のずれ量（ｘ−ｙ補正量）として採用された値：（Δｘ，Δｙ）ｎ→ｎ−１を用い、ステップＳ５１の演算結果をさらに平行移動補正する（ステップＳ５２）。
【００９２】
そして、このように回転、平行移動補正された自車座標を、先導車１’（１号車）座標系における自車（ｎ号車）座標：（ｘｎ，ｙｎ，θｎ）１として採用し（ステップＳ５３）、リターンする。
【００９３】
以上述べたように、自動追従走行システム１０においては、後続車１”であるｎ号車が、ブロックＢ４において（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１を演算する際、自車（ｎ号車）の自動運転ＥＣＵ１７において演算された（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）ｎの値と、前走車（ｎ−１号車）の記憶部２２に第二の軌跡データＴ２として記憶された（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１の値とを利用するようにしている。この場合、（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）ｎおよび（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１は、前走車（ｎ−１号車）位置情報を、ｎ号車座標系および１号車座標系によりそれぞれ表したものであるから、これらを比較することにより、ブロックＢ４において、先導車〜自車間の座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１を直接的に算出することができる。これにより、先導車〜自車間の座標系のずれ量を算出するにあたって、従来と異なり、連続する２台の車両の座標系のずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１，（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２，（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→３，…，（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→ｎ−２を全て加算生成等する必要が無く、演算処理負荷の軽減化を図ることができる。
【００９４】
さらに、この場合、前走車（ｎ−１号車）から自車（ｎ号車）に対して、車車間通信により送信すべき情報は、前走車（ｎ−１号車）の第二の軌跡データＴ２における（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１のみであり、従来と異なり、連続する２台の車両の座標系のずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１，（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→２，（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→３，…，（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→ｎ−２を全て前走車から得る必要が無い。これにより、車車間通信の負担の軽減化を図ることができ、ＣＰＵ等の負担を軽減して、迅速な制御を実現することができる。
【００９５】
加えて、自動追従走行システム１０においては、ブロックＢ４において先導車〜自車間の座標系ずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１を演算する上で利用した、先導車（１号車）座標系における前走車（ｎ−１号車）位置情報：（ｘｎ−１，ｙｎ −１，θｎ−１）１が、前走車（ｎ−１号車）のブロックＢ５において演算されたずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→１に基づいて形成されている。
【００９６】
これを式で表すと、まず、ブロックＢ４における演算処理を関数ｆで表した場合、
（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１＝ｆ｛（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１｝ …（１）
と表現でき、さらに、ブロックＢ５における演算処理を関数ｇで表すと、前走車（ｎ−１号車）のブロックＢ５においては、
（ｘｎ−１，ｙｎ−１，θｎ−１）１＝ｇ｛（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→１ ｝ …（２）
で表せられる処理が行われていることとなる
【００９７】
したがって、
（１）および（２）式から、
（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１＝ｇ・ｆ｛（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→１ ｝ …（３）
が導かれる。
【００９８】
（３）式の意味するところは、自車（ｎ号車）と先導車１’（１号車）との間の座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１が、前走車（ｎ−１号車）と先導車１’（１号車）との間の座標系のずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→１に基づいて形成されるということであり、したがって、（３）式を順次前方の車両に拡張して考えれば、ずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ→１は、前走車あるいはその前を走行する車両が、自車位置等を先導車座標系に変換する際に用いたずれ量：（Δｘ，Δｙ，Δθ）２→１，（Δｘ，Δｙ，Δθ）３→１，（Δｘ，Δｙ，Δθ）４→１，…，（Δｘ，Δｙ，Δθ）ｎ−１→１に基づいて形成されていることが理解される。したがって、自動追従走行システム１０によれば、各車両が自車位置等を先導車座標系に変換する際に用いたずれ量が非同期となることがなく、精度よく各車の座標系のずれを補正することが可能となる。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自動追従走行システムにおいては、先導車座標系自車位置補正手段が、車車間通信により送信された前走車における先導車座標系の補正後の前走車位置情報に基づいて、自車位置情報を先導車座標系へ補正する構成となっているために、従来と異なり、先導車座標系における自車位置を演算する際に、前を走行する連続する２台の車両の座標系のずれ量の全てを前走車から得るような必要がなく、車車間通信の通信バッファ容量が過大なものとなることがない。また、これら連続する２台の車両の座標系のずれ量を先導車側から全て加算生成する必要がないために、従来に比較して計算処理負荷の軽減化を図ることができる。したがって、ＣＰＵ等の負担を軽減して、迅速な制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を模式的に示す図であって、電動車両の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した電動車両が隊列走行を行う際に、後続車が行う処理の内容を概念的に示したブロック図である。
【図３】後続車の自動運転ＥＣＵにおいて行われる処理を詳細に示すフロー図である。
【図４】図３に示した処理フローのうちのブロックＢ４において行われる処理の詳細を示すフローチャートである。
【図５】図３に示した処理フローのうちのブロックＢ５において行われる処理の詳細を示すフローチャートである。
【図６】電動車両の概略構成を示す斜視図である。
【図７】図６に示した電動車両が、２台で隊列走行する際における後続車のレーザーレーダーと先行車のレーダー計測点との位置関係を示す平面図である。
【図８】先導車の保有する座標系と後続車の保有する座標系との間のずれ量を説明するための線図である。
【図９】本発明の解決すべき課題を示す図であって、４台の電動車両が隊列走行する場合の状況を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１ 電動車両
１’ 先導車
１” 後続車
３ パワートレインＥＣＵ（車両制御手段）
１０ 自動追従走行システム
１５ ブレーキＥＣＵ（車両制御手段）
１６ ステアリングＥＣＵ（車両制御手段）
１７ 自動運転ＥＣＵ
３１ 通信ユニット
ブロックＢ２ 自車位置検出手段
ブロックＢ３ 前走車位置検出手段
ブロックＢ４，Ｂ５ 先導車座標系自車位置補正手段
ブロックＢ６１，Ｂ６２，Ｂ７１，Ｂ７２，Ｂ７３ 車両制御手段
Claims (1)
- 縦列させた複数の車両のうち、先頭に位置する先導車に対して後続車を自動追従させて隊列走行させる自動追従走行システムであって、
前記各車両は、他の車両と通信を行うための車々間通信手段と、
各車両がその走行軌跡を特定するために保有する特定箇所を原点とするよう初期化された自車座標系における自車位置情報をスピードセンサー、ヨーレートセンサーおよびＧＰＳ信号の検出結果に基づいて検出する自車位置検出手段とを有するとともに、
前記後続車は、
隊列走行時に直前を走行する前走車の自車座標系における位置情報を検出する前走車位置検出手段と、
前走車が先導車でない場合に、自車位置情報を自車座標系から先導車座標系に補正する先導車座標系自車位置補正手段と、
該先導車座標系自車位置補正手段による補正結果及び車々間通信により得られた先導車の走行軌跡に基づいて自車の位置が先導車の走行軌跡に比較してどの程度変位しているかを算出するとともに算出された変位量に基づいて自車を先導車に追従走行させる車両制御手段とを備え、
前記先導車座標系自車位置補正手段は、車々間通信により送信された前走車における先導車座標系に補正後の前走車位置情報と、前記前走車位置検出手段によって検出された自車座標系における前走車の位置情報と、前記自車位置検出手段によって検出された自車座標系における自車位置情報とに基づいて、自車位置情報を自車座標系から先導車座標系に補正することを特徴とする自動追従走行システム。
Priority Applications (3)
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