(57)【要約】【課題】車両を別の車両と横並びで並列走行できるように操舵制御する操舵制御方法を提供する。【解決手段】スレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２は外部環境にある物体の距離を検知する距離検知手段Ｆ１およびＦ２を備え、スレーブ車両Ｍ１は検知した距離データをマスター車両Ｍ２に送信し、マスター車両Ｍ２は自己および相手の距離データからＩＣＰアルゴリズムを使い、スレーブ車両Ｍ１からみたマスター車両Ｍ２の車両位置と向きを計算して、スレーブ車両に返す。スレーブ車両Ｍ１は、非道路環境を移動する場合であっても相手車両の向きが検知でき、スレーブ車両Ｍ１はマスター車両Ｍ２の位置と向きから仮想目標の位置を計算し、仮想目標に対して追走するように操舵する。【選択図】図１
2011060179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスター車両と横並びに並走するスレーブ車両を操舵制御する操舵制御方法であって、
マスター車両及びスレーブ車両には、それぞれ、
車両の並走を制御する車両制御手段と、
互いにデータ通信を行う無線通信手段と、
外部にある物体までの距離を検知して距離データを得る距離検知手段と、
車両位置データ及び車両向きデータを計算する計算手段とを備えると共に、
スレーブ車両には、目標車両位置が与えられた場合に当該目標車両位置に向かう操舵制御を行う操舵制御手段を備え、前記車両制御手段によって、
マスター車両及びスレーブ車両の無線通信手段が、前記スレーブ車両の前記距離検知手段で取得した第１の距離データを前記マスター車両に送信し、
前記マスター車両の計算手段が、前記スレーブ車両から受信した前記第１の距離データと前記マスター車両の前記距離検知手段で取得した第２の距離データとから前記スレーブ車両からみた前記マスター車両の車両位置データおよび車両向きデータを求め、
マスター車両及びスレーブ車両の無線通信手段が、前記マスター車両の計算手段で求めた前記車両位置データおよび車両向きデータを前記スレーブ車両に送信し、
前記スレーブ車両の計算手段が、前記マスター車両から受信した前記車両位置データおよび車両向きデータからスレーブ車両の目標車両位置を求め、
前記スレーブ車両の操舵制御手段が、前記スレーブ車両の目標車両位置に向かう操舵制御を行う
ことを特徴とする操舵制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の操舵制御方法において、
前記マスター車両の計算手段は、ＩＣＰアルゴリズムを用いて前記マスター車両の車両位置データおよび車両向きデータを求める計算処理を行う
ことを特徴とする操舵制御方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の操舵制御方法において、
前記スレーブ車両の計算手段は、前記目標車両位置として仮想的なマスター車両の車両位置を求める
ことを特徴とする操舵制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載の操舵制御方法において、
前記スレーブ車両の操舵制御手段は、前記目標車両位置に対して追走する操舵制御を行うことを特徴とする操舵制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両を別車両と並列走行する向きに操舵制御するための操舵制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、セグウェイのように、立ち乗りの形態で人の移動を支援する車両では、複数人が同時に移動する場合も多いので、車両が別の車両と一時的に連携してスムーズな移動を行なえることが必要である。加えて人は移動中に会話することが多いので会話できるよう横並びで並走できることが望ましい。この種の複数の車両の走行状態を制御する制御装置に関係する技術として、次のような特許文献１−３が参照できる。
【０００３】
特許文献１に記載の「車両走行制御装置」の発明は、複数の車両により構成される車群を隊列走行させるように制御する車両走行制御装置に関する発明である。一列の縦列をなす複数車両の隊列を、複数の縦列が並列にならぶ形態の隊列に切り換える手法を提案している。
【０００４】
特許文献２に記載の発明は、マスター車両の横方向を追従走行するスレーブ車両の走行制御装置と、これを用いた輸送システムに関する発明である。この発明では、直線路と曲線路にてスレーブ車両がマスター車両と並走する場合に、車両位置に基づき横方向車間距離を調節する手法を提案している。
【０００５】
特許文献３に記載の「並走車両検知装置」の発明は、並走車両が存在した際に運転者に注意を促すために並走車両の存在を検知する並走車両検知装置に関する発明である。ここでは、車両が並走する別車両との距離および相対速度を検知する手法を提案している。単一のセンサにより並走車両の存在及び並走車両の相対速度を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２６９１７０号公報
【特許文献２】特開２００９−１８６２１号公報
【特許文献３】特開平０８−２６８１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の「車両走行制御装置」の技術は、車両対車両で並走する場合に適用できなかった。また、セグウェイのように、立ち乗りの形態で人の移動を支援する車両は道路以外の場所で利用される可能性があるが、道路以外の場所で直線路・曲線路の明確な検知・区分は困難である。
【０００８】
特許文献２の「走行制御装置」技術では、相手車両の向きを推定するために曲線路の曲率やその変化率を利用するので、車両が道路以外の場所を移動する場合には適用できなかった。すなわち、非道路環境では曲線路の曲率で相手車両の向きを推定できないので、車両位置に加えて横並びのために必要である相手車両の向きも検知する必要があった。
【０００９】
特許文献３の「並走車両検知装置」の技術は、相手車両の距離および相対速度を検知するが車両向きは検知できなかった。
【００１０】
本発明は、上記のような従来の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、車両を別車両と並列走行する向きに操舵制御する操舵制御方法を提供することにある。すなわち、本発明では、立ち乗りの形態で人の移動を支援する車両が直線路・曲線路の区分が困難な非道路環境を移動する場合であっても、車両位置に加えて車両の向きも検知する手段を提供して、別の車両と車両対車両で横並びで並走できる向きに自動操舵制御することができる操舵制御方法を提供する。
【００１１】
具体的には、本発明の目的は、車両が別の車両と連携して隊列走行を行なう操舵制御方法を提供することにある。特に、別の車両と横並びで並列走行する向きに車両を操舵制御する操舵制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記のような目的を達成するため、本発明による操舵制御方法は、マスター車両と横並びに並走するスレーブ車両を操舵制御する操舵制御方法であって、マスター車両及びスレーブ車両には、それぞれ、車両の並走を制御する車両制御手段と、互いにデータ通信を行う無線通信手段と、外部にある物体までの距離を検知して距離データを得る距離検知手段と、車両の車両位置データ及び車両向きデータを計算する計算手段とを備えると共に、スレーブ車両には、目標車両位置が与えられた場合に当該目標車両位置に向かう操舵制御を行う操舵制御手段を備え、前記車両制御手段によって、マスター車両及びスレーブ車両の無線通信手段が、前記スレーブ車両の前記距離検知手段で取得した第１の距離データを前記マスター車両に送信し、前記マスター車両の計算手段が、前記スレーブ車両から受信した前記第１の距離データと前記マスター車両の前記距離検知手段で取得した第２の距離データとから前記スレーブ車両からみた前記マスター車両の車両位置データおよび車両向きデータを求め、マスター車両及びスレーブ車両の無線通信手段が、前記マスター車両の計算手段で求めた前記車両位置データおよび車両向きデータを前記スレーブ車両に送信し、前記スレーブ車両の計算手段が、前記マスター車両から受信した前記車両位置データおよび車両向きデータからスレーブ車両の目標車両位置を求め、前記スレーブ車両の操舵制御手段が、前記スレーブ車両の目標車両位置に向かう操舵制御を行うことを特徴とする方法である。
【００１３】
また、この操舵制御方法において、前記マスター車両の計算手段は、ＩＣＰアルゴリズムを用いて前記マスター車両の車両位置データおよび車両向きデータを求める計算処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
この場合に、前記スレーブ車両の計算手段は、前記目標車両位置として仮想的なマスター車両の車両位置を求め、また、前記スレーブ車両の操舵制御手段は、前記目標車両位置に対して追走する操舵制御を行うように構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の操舵制御方法によれば、マスター車両及びスレーブ車両は、立ち乗りの形態で人の移動を支援する車両が直線路・曲線路の検知ができる道路環境にあるかどうかによらず、別の車両と横並びに並走する方向に操舵制御することができ、複数の車両の搭乗者の間で会話やコミュニケーションを進める助けとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の操舵制御方法によりマスター車両とそれに横並びで並走するスレーブ車両を説明する図である。
【図２】スレーブ車両およびマスター車両への距離検知手段の設置方法を説明する図である。
【図３】スレーブ車両およびマスター車両の車両座標系を説明する図である。
【図４】マスター車両の計算手段１により計算処理するデータ処理の内容を説明する図である。
【図５】スレーブ車両の計算手段２により目標車両位置を計算するデータ処理の内容を説明する図である。
【図６】ある局面でマスター車両Ｍ２と並走するスレーブ車両Ｍ１を操舵制御手段により操舵制御する様子を説明する図である。
【図７】別のある局面でマスター車両Ｍ２と並走するスレーブ車両Ｍ１を操舵制御手段が操舵制御する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施するための形態について、図を参照して説明する。立ち乗りの形態で人の移動を支援する車両のスレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２は、それぞれに車両制御手段により車両の並走が制御される。そして、本発明の操舵制御方法により、スレーブ車両Ｍ１はマスター車両Ｍ２と並走する向きに操舵制御される。この２つの車両が並列走行する操舵制御では、スレーブ車両Ｍ１とマスター車両Ｍ２は所定の目標物からの距離を検知するレーザレンジファインダＬＲＦ（Ｆ１、Ｆ２）から得られる距離データを互いに交換して、ＩＣＰ法のアルゴリズムを用いて相手車両の位置と向きを計算する。スレーブ車両Ｍ１はマスター車両Ｍ２の位置と向きから仮想目標位置を求めて、それに追従するよう操舵制御される。環境データを使うので、道路が認識できる必要はなく、またレーザレンジファインダＬＲＦで相手が見えている必要もない。次に、具体的に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の操舵制御方法によりマスター車両Ｍ２とそれに横並びで並走するスレーブ車両Ｍ１を説明する図である。図１では、本発明の実施例として、車両の並走を制御する車両制御手段（図示せず）を備えたスレーブ車両Ｍ１と当該スレーブ車両Ｍ１が横並びで並走する相手のマスター車両Ｍ２とを示している。スレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２はそれぞれ互いにデータ通信を行う無線通信手段（図示せず）を備えており、スレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２は、この無線通信手段を通してデータ通信を行い、後述するそれぞれのデータ処理を行う計算手段を備えている。ここでのスレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２の無線通信手段は、データ通信ができればよく、通信のための接続手段はアクセスポイントを介してもピアツーピア通信でもよい。
【００１９】
また、スレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２は、それぞれに車両の外部にある物体までの距離を検知して距離データを得る距離検知手段を備える。この距離検知手段としては、例えばレーザレンジファインダが用いられ、スレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２のそれぞれにレーザレンジファインダＦ１およびレーザレンジファインダＦ２が設置される。レーザレンジファインダＦ１およびレーザレンジファインダＦ２の機能は、それぞれに走査領域Ｖ１および走査領域Ｖ２をもち、複数の検知方向Ｄ１および複数の検知方向Ｄ２に対して自分自身から最も近くに位置する車両外部の物体上の点までの距離を検知する。距離が検知できない検知方向がある場合は、その検知方向は利用不可とマーキングしてデータを使用する際に除外する。
【００２０】
走査領域Ｖ１および走査領域Ｖ２とは、それぞれレーザレンジファインダＦ１およびレーザレンジファインダＦ２を中心にした、ある角度範囲をもった扇形の２次元平面領域である。走査領域Ｖ１と走査領域Ｖ２は同じである必要はない。
【００２１】
検知方向Ｄ１および検知方向Ｄ２とは、それぞれレーザレンジファインダＦ１およびレーザレンジファインダＦ２を中心に離散的に設定された方位であり、走査領域Ｖ１および走査領域Ｖ２内で複数設定される。各検知方向Ｄ１と各検知方向Ｄ２は同じである必要はない。
【００２２】
この距離検知手段は、レーザレンジファインダに限らず、上記と等価な機能をもつものであれば、ミリ波レーダーであっても光や電磁波を用いて距離を検知するセンサであってもよい。
【００２３】
図２はスレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２への距離検知手段の設置方法を説明する図である。距離検知手段の設置は、スレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２の距離検知手段が、できるかぎり車両外部の物体上の同じ点の距離が検知できるような位置に設置される。
【００２４】
スレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２においては、それぞれに搭乗する人の顔が向く方向を車両内の方向の基準（前進方向）Ｆ３および基準Ｆ４として、スレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２にそれぞれ設置された距離検知手段の水平方向の向きが、この車両内の方向の基準Ｆ３および基準Ｆ４でみたときに同一の方位となるようにとる。
【００２５】
スレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２の距離検知手段の水平方向の位置は、搭乗する人が距離検知手段の視野を著しく遮ることがない位置であればどこでもよい。
【００２６】
スレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２の距離検知手段を設置する高さは、走査領域Ｖ１および走査方向Ｖ２がスレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２の水平床面Ｇが走行時に水平かつ水平床面Ｇから同一の高さＨとなるように設定する。
【００２７】
図３は、スレーブ車両およびマスター車両の車両座標系を説明する図である。スレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２に、それぞれの車両座標系（２次元直交座標系）Ｃ１および車両座標系Ｃ２を設定する。図３に示すように、それぞれ原点は距離検知手段の水平方向の位置にとる。それぞれＸＹ軸は上記車両内の方向の基準Ｆ３でみて便宜上右手方向と前進方向とするが、ＸＹ軸はスレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２で方位が同じであればよく、これに限らない。以下スレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２で位置に関係する記述は、車両座標系Ｃ１および車両座標系Ｃ２を基準に行なう。横並びという場合の車両相互の位置関係は車両座標系Ｃ１および車両座標系Ｃ２の位置関係で記述する。
【００２８】
スレーブ車両Ｍ１の距離検知手段が検知方向Ｄ１で距離を検出した物体上の点のＸＹ座標は、検知方向Ｄ１の方位と距離の値とから計算できるので、すべての検知方向Ｄ１に対応する点のＸＹ座標を計算して距離データＲ１にまとめる。マスター車両Ｍ２も同様に検知したすべての点のＸＹ座標を計算して距離データＲ２にまとめる。
【００２９】
図４はマスター車両Ｍ２の計算手段１により計算処理するデータ処理の内容を説明する図である。計算処理は、距離データＲ１と距離データＲ２が与えられたとき、距離データＲ２を距離データＲ１に最も一致するよう重ね合わせる座標変換Ｔを見つけるデータ処理である。座標変換Ｔとは、座標系原点まわりの回転移動と平行移動を順に適用した座標変換であり、平行移動量と回転移動量で一意に定義できる。もしスレーブ車両Ｍ１およびマスター車両Ｍ２が同じ物体上の同一の点の距離を検知していれば、上記の平行移動量はスレーブ車両Ｍ１からみたマスター車両Ｍ２の車両位置を表し、上記の回転移動量はスレーブ車両Ｍ１からみたマスター車両Ｍ２の車両向きを表す。
【００３０】
距離データＲ１が含む点Ｑと距離データＲ２が含む点Ｐが車両外部の同じ物体上の同一の点であるとき、点ＰのＸＹ座標のベクトル表現をｐ、点ＱのＸＹ座標のベクトル表現をｑ、回転移動量θの回転移動を表す行列をＲ（θ）、平行移動量（ｘ、ｙ）のベクトル表現をＴ（ｘ、ｙ）とすると、次式の関係が成り立つ。
ｑ＝Ｒ（θ）ｐ＋Ｔ（ｘ，ｙ）
【００３１】
マスター車両Ｍ２の計算手段１はＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｃｌｏｓｅｓｔ  Ｐｏｉｎｔ）法で上記のデータ処理の計算処理を行う。ＩＣＰ法（ＩＣＰアルゴリズム）とは、最初にデータと平行移動量および回転移動量の予測値が与えられて、平行移動量および回転移動量を上記の式を利用して反復計算で求めるアルゴリズムである。ＩＣＰ法の特徴は、点Ｐと点Ｑは現実には同じ物体上の同一の点にならないので、反復的に点Ｐと点Ｑの両方または片方を選びなおすことにある。ＩＣＰ法には計算の実施方法が異なる変種があり、以下に示す手順は一実施例であって本発明がこれに限定されるわけではない。
【００３２】
マスター車両Ｍ２の計算手段１は、距離データＲ１および距離データＲ２、回転移動量の予測値θ０、平行移動量の予測値（ｘ０，ｙ０）を入力として、毎回の反復計算で３つのステップのデータ処理を実行する。第Ｎ回の反復計算の結果を回転移動量θＮ、平行移動量（ｘＮ，ｙＮ）として、第ｉ回（ｉ＝１，２，３，…）の反復計算は以下のように行なう。
【００３３】
まず、ステップＳ１で、距離データＲ２が含むすべての点Ｐについて次式で点Ｐ’のＸＹ座標ｐ’を計算する。
ｐ’＝Ｒ（θｉ−１）ｐ＋Ｔ（ｘｉ−１，ｙｉ−１）
次に、ステップＳ２で、すべての点Ｐ’について距離データＲ１が含む点の中から点Ｐ’と最も近い点Ｑ’を選び、点Ｐ’の計算に使用した点Ｐと点Ｑ’のペアをつくる。
そして、ステップＳ３で、すべての点Ｐと点Ｑ’のペアをデータとして最小２乗法で回転移動量θｉと平行移動量（ｘｉ，ｙｉ）を求める。
【００３４】
マスター車両Ｍ２の計算手段１は反復計算を所定回数実行したとき、または計算結果が収束したとき、その時点の回転移動量と平行移動量の計算結果を出力して終了する。
【００３５】
平行移動量および回転移動量の予測値は直近のＩＣＰ法の計算結果が使えるので、ＩＣＰ法の初回計算時だけ与えればよい。
【００３６】
図５は、スレーブ車両Ｍ１の計算手段２により目標車両位置を計算するデータ処理の内容を説明する図である。スレーブ車両Ｍ１の計算手段２による計算処理を、図５を参照して説明する。以下ではスレーブ車両Ｍ１の車両座標系Ｃ１を基準にして説明する。
【００３７】
スレーブ車両Ｍ１の計算手段２は、マスター車両Ｍ２の車両位置（ｘ，ｙ）および車両向きθから操舵制御に必要な目標車両位置を求める。マスター車両Ｍ２の車両向きθは、上記スレーブ車両の前進方向Ｆ３を基準とする。目標車両位置とは、マスター車両Ｍ２と異なる仮想マスター車両Ｍ３の車両位置である。仮想マスター車両Ｍ３の車両向きはマスター車両Ｍ２の車両向きと同一にする。
【００３８】
スレーブ車両Ｍ１とマスター車両Ｍ２の間の横方向車間距離目標値ｄ１が与えられたとき、仮想マスター車両Ｍ３の車両位置は、マスター車両Ｍ２の車両位置から車間距離分だけオフセットした車両位置Ｍ４からマスター車両Ｍ２の前進方向に前進オフセットＡだけ進めた位置とする。スレーブ車両Ｍ１の車両位置に横方向車間距離目標値ｄ１から偏差ｄ２があるとき、前進オフセットＡの計算は、少なくとも正定数項Ｋ１および偏差ｄ２の絶対値の反比例項（正比例係数Ｋ２）を含んだ次式で求める。
Ａ＝Ｋ１＋Ｋ２／｜ｄ２｜
スレーブ車両Ｍ１の横方向車間距離目標値ｄ１からの偏差ｄ２はθ，ｘ，ｙ，ｄ１の関数として計算できる。偏差ｄ２がゼロに近い場合は偏差ｄ２に代えて小さな正定数を使用する。
【００３９】
図６は、ある局面でマスター車両Ｍ２と並走するスレーブ車両Ｍ１を操舵制御手段により操舵制御する様子を説明する図である。ある局面で目標車両位置を追走するスレーブ車両の様子が示されている。操舵制御手段は、上記目標車両位置（仮想マスター車両Ｍ３の車両位置）の方位を前進方向からみた偏差αを減じるよう操舵角をフィードバック制御する。すなわち、目標車両位置を追走するようにスレーブ車両が操舵制御される。
【００４０】
図７は、別のある局面でマスター車両Ｍ２と並走するスレーブ車両Ｍ１を操舵制御手段が操舵制御する様子を示す図である。スレーブ車両Ｍ１は一時的に車両向きを正しい方位からそらせる必要があるが、上記の操舵制御手段は図６の局面と特に区別することなくスレーブ車両Ｍ１を操舵制御する。
【符号の説明】
【００４１】
Ｃ１  車両座標系
Ｃ２  車両座標系
Ｄ１  検知方向
Ｄ２  検知方向
Ｆ１  レーザレンジファインダ
Ｆ２  レーザレンジファインダ
Ｆ３  前進方向の基準
Ｆ４  前進方向の基準
Ｍ１  スレーブ車両
Ｍ２  マスター車両
Ｍ３  仮想マスター車両
Ｍ４  車両位置
Ｒ１  距離データ
Ｒ２  距離データ
Ｖ１  走査領域
Ｖ２  走査領域
【図１】
2011060179.tif 000003
【図２】
2011060179.tif 000004
【図３】
2011060179.tif 000005
【図４】
2011060179.tif 000006
【図５】
2011060179.tif 000007
【図６】
2011060179.tif 000008
【図７】
2011060179.tif 000009