(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先頭車両とこの先頭車両に続く複数の自動運転後続車両で隊列を構成する隊列走行方法であって、前記隊列を構成する各車両は各車両が備える車輪パルス信号発振器からのパルス信号に基づいて自車両の位置・速度情報を検出し、前記後続車両は車々間通信により自車両よりも先を走行する前方車両の位置・速度情報を受信し、受信した位置・速度情報と自車両の位置・速度情報から自車両との車間距離を算出し、また後続車両は前方車両が備えるカメラなどの検出手段で検出した走行車線内の横偏差を車々間通信にて受信し、自車両の横偏差を前方車両の横偏差に合わせ、前方車両位置を目標位置とする走行軌跡を求めることを特徴とする車輪パルス信号に基づく隊列走行方法。
【請求項２】
先頭車両とこの先頭車両に続く複数の自動運転後続車両で隊列を構成する隊列走行方法であって、前記隊列を構成する各車両は各車両が備える車輪パルス信号発振器からのパルス信号に基づいて自車両の位置・速度情報を検出し、また各車両は操舵輪パルス信号と非操舵輪パルス信号から実舵角を算出し、この実舵角から自車両の重心位置を算出し、前記後続車両は車々間通信により自車両よりも先を走行する前方車両の位置・速度情報及び重心位置情報を受信し、受信した位置・速度情報及び重心位置情報と自車両の位置・速度情報及び重心位置情報に基づいて、前方車両の重心位置を目標位置とする走行軌跡を求めることを特徴とする車輪パルス信号に基づく隊列走行方法。
【請求項３】
請求項２に記載の隊列走行方法において、前記操舵輪および非操舵輪の車輪パルスを検出して、非操舵輪パルスから車速を認識し、操舵輪パルスと非操舵輪パルスの余弦から以下の式を用いて実舵角を算出することを特徴とする車輪パルス信号に基づく隊列走行方法。
【数１０】
0006921168.tif 000011
尚、δf1、δf2は実舵角
ｖf1、ｖf2、ｖｒ1、ｖｒ2、は各車輪の速度
【請求項４】
請求項２に記載の隊列走行方法において、前記操舵輪および非操舵輪の車輪パルスと偏揺センサを用い、以下の式から車両重心位置を算出することを特徴とする車輪パルス信号に基づく隊列走行方法。
【数１１】
0006921168.tif 000012
尚、Ｒ、Ｒ1、Ｒｙは円弧半径
ｖは車輪速
γはヨーレイト
ｌはホィールベース長さ
ｌｒは重心位置までの距離
β0は横すべり角
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の車輪パルス信号に基づく隊列走行方法において、車輪パルスによる距離・速度の検出精度の検証を行うため、運行経路に起点からの距離が分かっている目印（ランドマーク）を定め、起点から当該目印までの距離を車輪パルス信号に基づいて算出し、この算出した値と既知の距離とを比較することを特徴とする車輪パルス信号に基づく隊列走行方法。
【請求項６】
先頭車両とこの先頭車両に続く複数の自動運転後続車両で隊列を構成する隊列走行方法であって、前記隊列を構成する各車両は車輪パルス信号発振器を備え、前記後続車両は自車両よりも先を走行する前方車両の車輪パルス信号を車々間通信により取得し、取得した車輪パルス信号に基づき前方車両の位置・速度を算出し、算出した前方車両位置を目標位置とし前方車両の走行軌跡を追尾する走行軌跡を求めることを特徴とする車輪パルス信号に基づく隊列走行方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪パルス信号から算出した車両位置、速度、車間距離を車々間通信によって共有し、前方車両（先頭車両を含む自車よりも前方の車両）を後続車が追尾する隊列走行方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
隊列走行においては、後続車が前方車の後部及び車線ほかを認識して前方車を追尾するシステム（特許文献１）、或いは、後続車がＧＰＳによる前方車位置情報を車々間通信によって取得して自車のＧＰＳ位置情報と照合して追尾するシステム開発（特願2018-161142号）が行われている。
【０００３】
ＧＰＳシステムには障害物（建物、樹木、電線など）の影響でマルチパスと呼ばれるエラーが生じる。このマルチパスが発生すると、位置を高精度に特定できない。また、トンネル内では受信ができないため、ＧＰＳ受信強度低下の際は自動運転を手動運転に切り替える（特許文献２）或いはデジタルマップを備え自動運転に適さない道路を表示して対処する（特許文献３）等の対応もあるが、本来的ではない。
ＧＰＳを要せずとも、或いはＧＰＳ強度低下にも冗長適応して本来の隊列走行ができるシステム開発が望まれる。
【０００４】
ＧＰＳによる位置情報が使えない環境下で走行するには、カメラ、レーザー等の視覚装置を用いて道路の白線ないし構造物などの目印に照らしての自己位置認識、路面に埋設された磁気マーカを検出しての自己位置認識、慣性計測して起点からの軌跡を算出する方法、更には車両運動モデルを用いて起点からの軌跡を算出する方法（慣性航法）が考えられる。これらは、一見、それぞれ単独に機能するかと思われるも、「目印から目印」、或いは、「磁気マーカから磁気マーカ」のその間を辿る術（すべ）が必要であり、そこに、備えるべき術は慣性航法である。
【０００５】
現在の目印から次の目印、現在の磁気マーカから次の磁気マーカへ慣性航法によって辿り着く。軌跡を算出するモデル使用の有無にかかわらずニュートンの第二法則に律されて（慣性）航法する技術が特許文献４に開示されている。
【０００６】
車両の現在位置は、地図に照らして確認できる。国土交通省から道路基準点案内システム（非特許文献１）が提供されている。道路に設置されたキロポスト（ＫＰ：１ｋｍごとの地点標）により緯度・経度・標高が表示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第6109998号公報
【特許文献２】特開2018-077771号公報
【特許文献３】特表2017-530045号公報
【特許文献４】特許第6202700号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】www.road-refpoint.jp/  道路基準点案内システム
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
慣性航法によれば、ＧＰＳを要せずとも、或いはＧＰＳ強度低下にも冗長適応して本来の隊列走行ができる。しかしながら、隊列走行に慣性航法を適用するには、自車位置を特定できるだけでなく、前方車両を追尾し且つ隊列を組む他の車両との間隔なども正確に知る必要がある。
【００１０】
上述した先行技術にあっては、個々の車両が自動運転にて走行することを想定し、隊列走行独自の問題点を解消するものではない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、隊列走行では隊列編成車両だけで時間と空間を共有するとの考えに基づき、ＧＰＳ（外部からの情報）に基づかない自動運転方法を創出した。
即ち、隊列走行における今の時間は、起点から目的地に向かう現時刻であり、その空間は、現在地（現在の車線）である。その様に捉えると、世界時間・世界地図から離れて、前方車と追尾車の共通時間、前方車と追尾車の共通車線（空間）の中での“同じ物差し”での隊列走行が可能になる。その物差しとして本発明者は、車輪パルスを選定した。
車輪パルスにより起点からの距離及び速度が分かる。その結果、共有空間の外から来るＧＰＳ等の誘導に頼らず、共有空間・共有時刻内で取得できる車輪パルス信号に基づいた追尾走行が可能となる。
【００１２】
即ち第１発明に係る隊列走行方法は、隊列を構成する各車両は各車両が備える車輪パルス信号発振器からのパルス信号に基づいて自車両の位置・速度情報を検出し、前記後続車両は車々間通信により自車両よりも先を走行する前方車両の位置・速度情報を受信し、受信した位置・速度情報と自車両の位置・速度情報から自車両との車間距離を算出し、また後続車両は前方車両が備えるカメラなどの検出手段で検出した走行車線内の横偏差を車々間通信にて受信し、自車両の横偏差を前方車両の横偏差に合わせ、前方車両位置を目標位置とする走行軌跡を求める。
【００１３】
第２発明に係る隊列走行方法は、隊列を構成する各車両は各車両が備える車輪パルス信号発振器からのパルス信号に基づいて自車両の位置・速度情報を検出し、また各車両は操舵輪パルス信号と非操舵輪パルス信号から実舵角を算出し、この実舵角から自車両の重心位置を算出し、前記後続車両は車々間通信により自車両よりも先を走行する前方車両の位置・速度情報及び重心位置情報を受信し、受信した位置・速度情報及び重心位置情報と自車両の位置・速度情報及び重心位置情報に基づいて、前方車両の重心位置を目標位置とする走行軌跡を求める。
【００１４】
前記第１及び第２発明にあっては、隊列を構成する各車両がパルス信号に基づいて自車両の位置・速度情報を検出し、この検出した値を後続車両に車々間通信で送信するようにしているが、前方車両のパルス信号を直接後続車両に送信し、後続車両において前方車両の位置・速度情報を検出することも考えられる。
【００１５】
上記第２発明において、車両の実舵角は非操舵輪パルスから車速を認識し、操舵輪パルスと非操舵輪パルスの余弦から算出する。また、車両重心位置は操舵輪および非操舵輪の車輪パルスと偏揺センサを用い算出する。
【００１６】
具体的には先ず、操舵輪（前輪）と非操舵輪（後輪）に車輪の回転を検出する車輪パルサーを備え、操舵輪速度（距離）及び非操舵輪速度（距離）を検出する。
次に、検出した操舵輪速度（距離）と非操舵輪速度（距離）の比から操舵輪の実舵角を算出する。
次いで、算出した実舵角の正弦（sin）で、ホィールベースを除して実舵角の回転半径を算出して旋回中心位置（即ち、操舵輪回転中心線と非操舵輪回転中心線との交点）を求める。
更に、車体の遍揺速度（ヨーレイト）を検出するヨーセンサを備え、ヨーセンサによって検出したヨーレイトと上述の非操舵輪速度から重心回転半径を算出する。
更に、その次に、旋回中心位置から重心回転半径円弧と車軸線との交点、即ち重心位置を求める。
【００１７】
第２発明では、“車輪パルスとヨーレイトを検出できるように装備することによって実舵角、重心位置、車速が分かるので、走行軌跡計算ができる”ことになる。即ち、慣性航法が行える。
【００１８】
その上で、カメラ等の視覚センサにより白線等の目印（ランドマーク）を認識して、自車の慣性航法計算値との誤差修正を加えての走行も可能になる。
【００１９】
後続車は、前方車から受信する前方車の位置と方位と時刻を、自車の位置と方位と時刻に照らして、前方車に至る舵角を定め前方車を追尾する。前方車に至る舵角は状態方程式ないしスタビリティファクタ等から算出できる。詳細は図面説明による。
【発明の効果】
【００２０】
隊列内で共有する時刻及び空間に対応づけて、前方車、後続車の位置（座標）と方位が把握され、前方車を追尾する後続車の操舵制御が実行されるので、ＧＰＳを要しない、或いはＧＰＳを併用しての前方車トラッキング制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】車輪パルスを基軸とするトラッキング制御の概念の説明図。
【図２】起点からの距離と道路巾（車線巾）に対する左右の偏差の関係を示した図。
【図３】車輪速とヨーレイトから推定される前輪実舵角および重心位置の説明図。
【図４】車両の重心位置を起点（出発点）からの前後・左右移動距離で示したＸ-Ｙ座標
【図５】制御パラメータ取得の流れの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、図面を参照して本発明を実施するための形態について詳しく説明する。図１及び図２に車輪パルスを基軸とするトラッキング制御の概念の説明図を示す。
図の右下の起点に、前方車・追随者車ともに車輪パルスのカウントのゼロ点を合わせる。車間距離ΔＳは、パルス数の差でわかり、時間を共有しているので、速度もわかり、車間時間もわかる。
【００２３】
車輪パルスによる距離・速度の検出精度は、車両の定期点検整備の際の点検項目として定め検定すると共に、実運行の際は、運行経路の一時停止線などの目印（ランドマーク）を定め、起点からその目印までの距離を必要精度で把握して置いて、その場所を通過するときの車輪パルスによる距離検出精度と照合検証する。必要により、ゼロ点合わせの目印として使用する。
【００２４】
隊列走行では、前方車も後続車も同じ車線（道路巾）の中を走行する。このため、車線の巾のどの位置に居るかを前方車と合わせ操舵制御で前方車位置へ至る。曲線では前後速度に加え横速度が生じるので車速は前後との合成速度になるが、共有空間内で車線を共有しているので前後速度（＝車輪パルスによる速度）のみでトラッキングできる。車線を共有して、車線巾の何処に居るかをカメラ等で把握してトラッキングできる。
【００２５】
尚、車線の共有が無い場合には第２発明となり、この実施例を図３に沿って説明する。
図３及び図４は、車輪速とヨーレイトから推定される前輪実舵角および重心位置の説明図である。前二軸後二軸の四軸車の例を示す。簡単のため、左右の車輪を車両中心線上に一つにした所謂自転車モデルで説明する。操舵輪と非操舵輪に車輪パルサーを備え、車体中心線上の任意の位置にヨーセンサを備える。
【００２６】
車輪パルサーから各輪の車輪速vf1,vf2,vr1,vr2を検出し、ヨーセンサからヨーレイトγを検出すると、以下の式（１）、式（２）、式（３）から前輪の実舵角δf1, δf2が計算できる。
【００２７】
【数１】
0006921168.tif 000002
【００２８】
次いで、以下の式（５）から重心の回転半径（Ｒ）を算出する。この段階では、重心の回転半径は求められるけれども、重心の位置は分かっていない。重心の位置の求め方は後述する。
【００２９】
【数２】
0006921168.tif 000003
【００３０】
操舵系の基礎知識であるアッカーマン・ジャントー機構が知られている。その機構に従うと極低速時の回転中心は後車軸の線上にある。この図の後二軸駆動車の場合の回転中心位置は、後二軸間中心線と操舵輪の回転軸延長線とが交わる“O”点になる。次いで前記式（５）で求めた回転半径で、“O”点を中心にした円弧を描いて車両の前後軸（ｘ軸）との交点を求めるとそこが重心ＧＣになる。後二軸間中心線から前方にｌｒの位置になる。即ち、以下の式（８）の位置になる。
【００３１】
【数３】
0006921168.tif 000004
【００３２】
車両運動は重心点まわりに生じるので、車速の方向は、車両前後軸（ｘ軸）に対して角度β（横すべり角）の方向になる。この横すべり角βは車速の二乗に依存して変化する以下の式（９）式（１０）になる。
【００３３】
【数４】
0006921168.tif 000005
【００３４】
図３及び図４における計算の流れを、図５の制御パラメータ取得の流れにより説明する。図５は上段にフロー、下段にフローの説明をしている。
【００３５】
左から右へ説明する。ホィールベースｌは定数である。操舵輪パルスは前輪である。前第1軸と前第2軸があるが、その第1、第2軸の舵角比はアッカーマン・ジャントー機構から決まっているので第1軸で代表する（第2軸で代表しても良い）。非操舵輪パルスは後輪である。後１軸と後２軸があるが、いずれの車輪パルスを用いても良い。操舵輪パルス、非操舵輪パルスともＡＢＳの車輪パルサーから取得する。専用のパルサーを装備しても良い。ヨーレイトは自動運転車両必携であるヨーセンサから取得する。
【００３６】
車輪パルスを図の中段の枠内に示す式によって車輪速に換算する。車輪速度から実舵角を前記式（１）（２）（３）により計算する。次いで、車両前後速度とヨーレイトから重心点半径を以下の式（４）により計算する。
【００３７】
【数５】
0006921168.tif 000006
【００３８】
ホィールベースと前輪実舵角から操舵輪回転半径を前記式（５）により計算する。
【００３９】
操舵輪回転半径と実舵角から非操舵輪回転半径を以下の式（６）により計算する。
【００４０】
【数６】
0006921168.tif 000007
【００４１】
非操舵輪回転半径と重心点回転半径から極低速域横すべり角β0を以下の式（７）により計算する。
【００４２】
【数７】
0006921168.tif 000008
【００４３】
重心点回転半径と極低速域横すべり角β0から重心位置を前記式（８）により計算する。
【００４４】
ヨーセンサによってヨーレイトγが求まり、前記式（９）（１０）によって横すべり角βが求まると、図１の下段の点線枠に述べる方法での前方車追尾ができる。即ち、ヨーセンサからヨーレイトγが検出され、式（９）（１０）から横すべり角βが算出されると、緯度経度を座標軸とする軌跡計算が以下の式（１１）、（１２）によりできる。
【００４５】
【数８】
0006921168.tif 000009
【００４６】
ここに、x は前後移動距離、y は横移動距離で、仮に、xを緯度と置くなら、ｙは経度に相当する。φはヨーレイトγの積分値であるヨー角である。ｘとｙ を合成すると走行経路軌跡になる。
【００４７】
式（１１）と式（１２）は時間の関数であるが、ｘｙから得られる経路軌跡は距離であるので、距離軸で捉えると、前方車の距離と自車の距離の差を円弧長（ΔＳ）、前方車の方位と自車の方位の角度差を円弧角（θ）とする扇形が想定される。円弧長と円弧角から円弧半径（Ｒ）は、以下の式（１３）になる。円弧を追尾する後続車の操舵角は式（１４）になる。
【００４８】
【数９】
0006921168.tif 000010
【００４９】
以上から、隊列各車が車輪パルスによる距離軸で車間距離を押さえる速度制御と、視覚センサによる車線内横偏差を前方車と合わせる速度制御によって後続車が前方車経路を辿ることが出来る。
【００５０】
また、操舵輪の車輪パルスによる速度と非操舵輪の車輪パルスによる速度から操舵輪の実舵角を求め、求めた実舵角とホィールベースからアッカーマン・ジャントー理論に基づく旋回中心位置を求める。同時にヨーセンサによるヨーレイトと非操舵輪パルスによる速度から重心位置を求めて、車速の上昇に伴う車体横すべり角を、横すべり係数・スタビリティファクタを因子とする横すべり角の式によって求める。この横すべり角とヨーレイトを積分して求められるヨー角との和の余弦を積分して得られる前後移動距離と、正弦を積分して得られる横移動距離から重心点の位置・経路を算出し、その位置・経路を視覚センサによる外界目印に照らし検証して走行する慣性航法ができ、その慣性航法位置情報を車々間通信によって共有して、前方車を後続車が追尾することが出来る。
【図１】
0006921168.tif 000013
【図２】
0006921168.tif 000014
【図３】
0006921168.tif 000015
【図４】
0006921168.tif 000016
【図５】
0006921168.tif 000017