(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路上に設けられた情報源からの情報に基づいて自車位置を検出する自車位置検出手段（６）と、
前走車（Ｖ′）からの情報及び道路周辺に設けられた情報発信手段（Ｃ）からの情報の少なくとも一方に基づいて速度及び距離の相関データよりなる制御計画を作成する制御計画処理手段（２）と、
前記制御計画及び自車位置に基づいて所定時間後の自車の予想到達点における距離偏差及び速度偏差の少なくとも一方を算出する偏差算出手段（４０，５０）と、
前記距離偏差及び速度偏差の少なくとも一方に基づいて目標加速度を算出し、該目標加速度に基づいて加減速用アクチュエータ（１５，１６）を制御する車速制御手段（４）と、
を備えた自動走行車において、
前記情報発信手段（Ｃ）からの道路勾配に関する情報に基づいて、該道路勾配に起因する偏差を補償すべく、前記距離偏差及び速度偏差の少なくとも一方を減少させて自車が前記制御計画に則って走行するように前記目標加速度を補正する補正手段（４３，４４）を有することを特徴とする自動走行車。
【請求項２】
自車位置と、自車位置の一階微分値と、自車位置の二階微分値とに基づいて前記予想到達点を算出することを特徴とする、請求項１に記載の自動走行車。
【請求項３】
前記情報発信手段（Ｃ）からの情報が道路上の位置に対する速度指示情報であることを特徴とする、請求項１に記載の自動走行車。
【請求項４】
前記偏差演算手段（５０）は、前記情報発信手段（Ｃ）から受信した位置及び速度の情報を、前記予想到達点における自車（Ｖ）の位置及び速度と比較して前記距離偏差及び速度偏差を算出することを特徴とする、請求項１に記載の自動走行車。
【請求項５】
前記偏差演算手段（４０）は、前走車（Ｖ′）から受信した位置情報に基づいて算出した前記所定時間後の前走車（Ｖ′）の位置及び速度を、前記予想到達点における自車（Ｖ）の位置及び速度と比較して前記距離偏差及び速度偏差を算出することを特徴とする、請求項１に記載の自動走行車。
【請求項６】
前記所定時間後の前走車（Ｖ′）の位置及び速度を、前走車（Ｖ′）から受信した位置情報の一階微分値及び二階微分値に基づいて算出することを特徴とする、請求項５に記載の自動走行車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動走行車、特に道路上に設けられた磁気情報源からの位置情報を利用して車線内を自動走行する自動走行車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
かかる自動走行車は、本出願人によって既に提案されている（特願平７−２８３９７３号参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記従来のものは、磁気ネイルの検出に基づいて推定した所定時間後の自車の位置及び速度を、漏洩同軸ケーブルから受信した情報に基づいて設定した自車の位置及び速度に関する制御計画と比較することにより、その偏差を減少させるようにスロットルやブレーキを制御して自車を前記制御計画に則って走行させるようになっている。前記偏差の大小に基づいて決定されるスロットルやブレーキの制御量は、道路が平坦路であるとの前提で設定されているため、道路が傾斜していると自車を前記制御計画に則って走行させるのが難しくなる。例えば、自車が制御計画よりも遅れた場合にはスロットルを開いて車速を増加させるが、その際のスロットルの開弁量は道路が平坦路であるとの前提で設定されているため、道路が上り坂であると車速が予期したほど増加せずに前記偏差を減少させることができなくなる。
【０００４】
本発明は前述に事情に鑑みてなされたもので、制御計画に則って車両を走行させる際に道路の傾斜の影響を除去して正確な制御が行えるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、道路上に設けられた情報源からの情報に基づいて自車位置を検出する自車位置検出手段と、前走車からの情報及び道路周辺に設けられた情報発信手段からの情報の少なくとも一方に基づいて速度及び距離の相関データよりなる制御計画を作成する制御計画処理手段と、前記制御計画及び自車位置に基づいて所定時間後の自車の予想到達点における距離偏差及び速度偏差の少なくとも一方を算出する偏差算出手段と、前記距離偏差及び速度偏差の少なくとも一方に基づいて目標加速度を算出し、該目標加速度に基づいて加減速用アクチュエータを制御する車速制御手段とを備えた自動走行車において、前記情報発信手段からの道路勾配に関する情報に基づいて、該道路勾配に起因する偏差を補償すべく、前記距離偏差及び速度偏差の少なくとも一方を減少させて自車が前記制御計画に則って走行するように前記目標加速度を補正する補正手段を有することを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、道路に勾配が存在すると平坦路を走行する場合に比べて車速が増減するため、制御計画に則した車速制御ができなくなるが、所定時間後の自車の予想到達点における距離偏差或いは速度偏差が減少するように、前記距離偏差及び速度偏差の少なくとも一方に基づいて算出した目標加速度を道路勾配に基づいて補正する補正手段を設けたので、道路勾配の影響を補償して制御計画に則した制御を可能にすることができる。
【０００７】
前記所定時間は、実施例では１．５秒に設定されているが、演算装置の容量や要求される制御の精度に応じて適宜変更可能である。
【０００８】
また請求項２に記載された発明は、請求項１の構成に加えて、自車位置と、自車位置の一階微分値と、自車位置の二階微分値とに基づいて前記予想到達点を算出することを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、簡単な演算を行うだけで予想到達点を正確に算出することができる。
【００１０】
また請求項３に記載された発明は、請求項１の構成に加えて、前記情報発信手段からの情報が道路上の位置に対する速度指示情報であることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、車両を道路に沿って予め設定した速度で走行させることができる。  また請求項４に記載された発明は、請求項１の構成に加えて、前記偏差演算手段は、前記情報発信手段から受信した位置及び速度の情報を、前記予想到達点における自車の位置及び速度と比較して前記距離偏差及び速度偏差を算出することを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、制御計画すなわち目標とする車両の走行状態と実際の車両の走行状態との偏差を的確に算出することができる。
【００１３】
また請求項５に記載された発明は、請求項１の構成に加えて、前記偏差演算手段は、前走車から受信した位置情報に基づいて算出した前記所定時間後の前走車の位置及び速度を、前記予想到達点における自車の位置及び速度と比較して前記距離偏差及び速度偏差を算出することを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、自車を前走車に対して追従走行させることができる。
【００１５】
また請求項６に記載された発明は、請求項５の構成に加えて、前記所定時間後の前走車の位置及び速度を、前走車から受信した位置情報の一階微分値及び二階微分値に基づいて算出することを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、簡単な演算を行うだけで所定時間後の前走車の位置及び速度を正確に算出することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。  図１〜図５は本発明の一実施例を示すもので、図１は車両の全体構成図、図２は磁気ネイル及び磁気センサの説明図、図３は制御系のブロック図、図４は作用を説明するフローチャート、図５は道路の傾斜量マップを示す図である。
【００１８】
本実施例は、車線の中央に沿って所定間隔で磁気情報源としての磁気ネイルが埋め込まれた自動走行用道路上を自動走行する車両と、この車両を前走車として、該前走車に対して所定の車間距離を維持しながら追従自動走行する車両に関するものである。
【００１９】
図１には、前走車Ｖ′及び自車Ｖの全体構成が示される。前走車Ｖ′の構成及び自車Ｖの構成は実質的に同一であるため、以下自車Ｖを例にとって説明を行う。
【００２０】
自車Ｖは通信信号処理手段１と、制御計画処理手段２と、操舵制御手段３と、車速制御手段４とを、それぞれに信号処理装置（ＣＰＵ）を搭載したモジュールとして有している。
【００２１】
通信信号処理手段１は、自車Ｖと前走車Ｖ′との間の車車間通信と、道路に沿って設けられた漏洩同軸ケーブルＣとの間の送受信と、道路データ上の自車位置の算出を行うものである。尚、道路データは地図上の磁気情報源列（走行ライン）のデータからなり、これは予め記憶装置に記憶してもよいし、通信で外部から所定走行区域ごとに受信してもよい。
【００２２】
制御計画処理手段２は、自動走行スタートスイッチ１２の操作により自動走行のための情報を作成する。具体的には、漏洩同軸ケーブルＣから受信した速度指令に基づき、磁気情報源列（走行ライン）に沿った車速計画を作成し、自車Ｖ直下の磁気情報源に対する現在位置偏差（誤差）と、方向偏差（誤差）と、所定時間であるＴ秒後の予想到達点の磁気情報源に対する位置偏差（誤差）及び方向偏差（誤差）とを算出する。この算出結果は、自車Ｖの操舵制御に利用されるとともに、自車Ｖの加減速度の修正に利用される。本実施例では所定時間を１．５秒に設定しているが、１秒〜２秒の間で設定することが好ましい。尚、前走車Ｖ′に追従する追従車では自車のＴ秒後の予想到達点と、前走車Ｖ′のＴ秒後の予想到達点の車間距離及び車間速度差も算出し、この算出結果は自車Ｖの加減速度の修正に利用される。
【００２３】
更に、制御計画処理手段２は、追従車の場合は自車の速度及び前走車の速度、前走車までの車間距離、前方道路形状や車線形状等のデータをディスプレイ１８及びスピーカ１７に出力する。また前走車の場合は自車の速度及び追従車の速度、追従車までの車間距離、前方道路形状や車線形状等のデータをディスプレイ１８及びスピーカ１７に出力する。
【００２４】
操舵制御手段３は、制御計画処理手段２の出力結果に基づいて、操舵角の指示信号を算出し、ステアリング操作伝達系に設けられたアクチュエータ１４を制御する。このアクチュエータ１４により、ステアリングが自動制御され磁気情報源列（走行ライン）に沿った走行が行われる。
【００２５】
車速制御手段４は、制御計画処理手段２の車速計画及び補正データ、後述するセンサ信号に基づいて加速度指示信号を算出し、スロットルに設けられたアクチュエータ１５とブレーキに設けられたアクチュエータ１６とを制御する。これら両アクチュエータ１５，１６により、スロットル及びブレーキが駆動されて自車Ｖの加減速が行われる。車速制御手段４にはブレーキペダルスイッチ１３が接続されており、このブレーキペダル１３が踏まれたことが検出されると車速制御は解除される。
【００２６】
また、自車Ｖには、ヨーレイトセンサ５と、道路表面に埋め込まれた磁気情報源を検出する磁気センサ６と、車輪パルスセンサ８と、前後加速度センサ９と、レーザレーダ１０と、漏洩同軸ケーブルＣとの送受信を行う通信手段７と、車車間通信手段１１とが搭載されている。
【００２７】
前述の漏洩同軸ケーブルＣからは、速度指令情報、道路曲率情報、渋滞情報及び緊急メッセージ等が受信され、自車Ｖ側からは自車ＶのＩＤナンバーが送信される。このＩＤナンバーにより、漏洩同軸ケーブルＣ側では各車両の走行位置が把握される。
【００２８】
車車間通信では、走行距離、車速、前後加速度データ（制御計画データ）が送受信される。追従車の場合、この車車間通信により前走車の位置、走行状況（速度や加速度）が検出され、追従制御の修正データ作成に利用される。
【００２９】
ヨーレイトセンサ５は、車両の横方向の角速度を検出し、この検出信号を通信信号処理手段１、制御計画処理手段２及び操舵制御手段３に出力する。
【００３０】
磁気センサ６は、車両の前方バンパ下部及び、後方バンパ下部に設けられ、道路の車線に１ｍ間隔で設けられた磁気情報源としての磁気ネイルに対するセンサ位置（車両位置）を、この磁気情報源の中心から左右約４５cmの範囲で測定するものである。本実施例では、図２に示すように、車両の前方バンパ下部及び後方バンパ下部に磁気センサ６が設けられており、これらセンサ６で検出された横方向位置データにより、磁気情報源列（走行ライン）と自車Ｖとのなす角度（誤差角度）も検出している。また、磁気センサ６からの出力は走行中にカウントさ、走行距離算出に用いられる。尚、本実施例においては、磁気情報源列の５００ｍ毎に、磁気情報源の極性反転によるビット情報が設けられており、このビット情報により、位置修正を行っている。
【００３１】
車輪パルスセンサ８は車両の走行距離算出に用いられる。磁気センサ６による走行距離検出だけでは、例えば走行予定レーンから大きく逸脱し磁気検出が出来ないことが想定され、このような場合に車輪パルスセンサ８が用いられる。
【００３２】
前後加速度センサ９は、車両の現在加速度を検出するものであり、車速制御に利用される。車両加速度は磁気センサ６の出力信号からも得られるが、前述と同様、例えば走行予定レーンから大きく逸脱し、磁気検出ができない場合の加速度算出に用いられる。
【００３３】
レーザレーダ１０は、前走車Ｖ′や前方障害物の検出、及びそれらの物体までの距離を算出し、車速制御手段４に出力する。この出力に基づいて、車速制御手段４により状況に応じてブレーキ量の制御が行われる。前走車Ｖ′の位置は車車間情報によって得られるが、このレーザレーダ１０の搭載により、前走車Ｖ′の検出及び車間距離の算出を一層確実に行うことができる。
【００３４】
次に、本発明の実施例の作用を、図３のブロック線図及び図４のフローチャートを参照して説明する。
【００３５】
先ず、ステップＳ１で通信手段７が漏洩同軸ケーブルＣから道路の傾斜量ΔＳを含むデータを受信し、続くステップＳ２でそれぞれの磁気情報源に対する傾斜量ΔＳのマップデータ（図５参照）を作成する。次のステップＳ３で前後加速度センサ９から自車Ｖの前後加速度を読み込み、続くステップＳ４で前後加速度を前記マップデータから検索した自車位置での傾斜量ΔＳによって補正する。前後加速度センサ９で検出した前後加速度をＡi （０）とすると、その補正値は補正係数ａ及び傾斜量ΔＳを用いてＡi （０）←Ａi （０）−ａΔＳのように算出される。これにより、前後加速度センサ９の出力が道路の傾斜による重力加速度の路面方向成分の影響を受けても、その影響を補償して正しい前後加速度を算出することが可能となり、自車Ｖが走行予定レーンから大きく逸脱して磁気検出ができない場合にも正確な前後加速度を算出することができる。
【００３６】
続くステップＳ５では、目標加速度が以下のようにして算出される。先ず、制御計画処理手段２により、磁気センサ６による検出信号に基づいた自車位置Ｘi （０）２１と、自車速度（自車位置の一階微分値）Ｖi （０）２２と、自車加速度（自車位置の二階微分値）Ａi （０）２３とが算出され、自車ＶのＴ秒後の状態を予測する車速制御手段４の第１処理部２４に出力される。
【００３７】
この第１処理部２４では、Ｔ秒後の予測位置Ｘi （Ｔ）と、Ｔ秒後の予測速度Ｖi （Ｔ）とを、次式により算出する。
【００３８】
Ｘi （Ｔ）＝Ｘi （０）＋Ｖi （０）×Ｔ＋１／２×Ａi （０）×Ｔ2 
Ｖi （Ｔ）＝Ｖi （０）＋Ａi （０）×Ｔ
一方、制御計画処理手段２の制御計画処理部２５では、漏洩同軸ケーブルＣからの速度指令に基づき、磁気情報源列（走行ライン）に沿った車速計画を作成し、Ｔ秒後の目標位置Ｘi ′（Ｔ）及び目標速度Ｖi ′（Ｔ）と共に出力する。
【００３９】
偏差算出手段５０では、制御計画処理部２５で算出した目標位置Ｘi ′（Ｔ）及び目標速度Ｖi ′（Ｔ）から、前記距離Ｘi （Ｔ）及び速度Ｖi （Ｔ）を減算することにより、位置誤差及び速度誤差をそれぞれ算出する。
【００４０】
この位置誤差及び速度誤差は、制御計画データ変換部２６で加速度制御ゲインＫｘ，Ｋｕを乗算された後に加算され、目標加速度として補正手段４３に出力される。即ち、目標加速度は次式で与えられる。
【００４１】
目標加速度＝Ｋｘ×｛Ｘi ′（Ｔ）−Ｘi （Ｔ）｝
＋Ｋｕ×｛Ｖi ′（Ｔ）−Ｖi （Ｔ）｝
ところで、制御計画データ変換部２６で加速度制御ゲインＫｘ，Ｋｕを乗算するとき、その加速度制御ゲインＫｘ，Ｋｕは自車Ｖが平坦な道路を走行しているとの前提で設定されている。一方、自車Ｖの実際の加速度は道路の傾斜による重力加速度の影響を受け、上り坂では加速度が小さくなり、下り坂では加速度が大きくなる。そこで、ステップＳ６で補正手段４３は道路の傾斜による重力加速度の影響を補償すべく、傾斜マップから検索した傾斜量ΔＳに基づいて目標加速度を補正する。即ち、目標加速度を、補正係数ｂ及び傾斜量ΔＳを用いて目標加速度←目標加速度＋ｂΔＳのように補正する。これにより、道路の傾斜の影響を補償して、自車Ｖの速度が漏洩同軸ケーブルＣからの速度指令に正しく合致するように制御を行うことが可能となる。
【００４２】
一方、車車間通信による前走車Ｖ′の位置データＸi-1 （０）２８、速度データ（前走車位置の微分値）Ｖi-1 （０）２９及び加速度データ（前走車位置の二階微分値）Ａi-1 （０）３０は、前走車Ｖ′のＴ秒後の状態を予測する第２処理部３１へ出力される。
【００４３】
第２処理部３１では、前述の第１処理部２４と同様の計算により、Ｔ秒後における前走車Ｖ′の予測位置Ｘi-1 （Ｔ）及びＴ秒後の予測速度Ｖi-1 （Ｔ）を算出する。偏差算出手段４０は、この前走車Ｖ′のＴ秒後の予測位置Ｘi-1 （Ｔ）及び予測速度Ｖi-1 （Ｔ）から、自車ＶのＴ秒後の予測位置Ｘi （Ｔ）及び予測速度Ｖi （Ｔ）を減算することにより、距離偏差としての車間距離及び速度偏差としての車間速度を算出する。
【００４４】
尚、自車速度Ｖi （０）２２に応じて車間距離の修正を行うべく、目標車間距離調整手段３２が設けられている。これは、走行初期間や走行終了期間に速度を調整するために用られるものであり、車間距離を速度の比例値に設定した場合、低速時の接近し過ぎに対し補正するものである。車間距離の設定方法によっては、この目標車間距離調整手段３２は不要となる。
【００４５】
算出された車間距離及び車間速度は、変換部３３においてそれぞれ加速度制御ゲインＫｘ1 ，Ｋｕ1 を乗算された後に加算され、次式のように目標加速度が算出される。
【００４６】
目標加速度＝Ｋｘ1 ×｛Ｘi-1 （Ｔ）−Ｘi （Ｔ）｝
＋Ｋｕ1 ×｛Ｖi-1 （Ｔ）−Ｖi （Ｔ）｝
この目標加速度は、前述と同様に道路の傾斜の影響を補償すべく補正手段４０において補正された後に比較部２７に出力される。比較部２７では、前述の自車ＶのＴ秒後の予測偏差に基づく目標加速度と、前述の前走車Ｖ′との車間距離及び車間速度に基づく目標加速度とを比較し、より大きな修正が必要な方を選択し、スロットル側積分器４１及びブレーキ側積分器４２に修正データとして出力する。この修正データの積分値がスロットル制御量換算手段３４及びブレーキ制御量換算手段３５に出力され、スロットル制御部３６及びブレーキ制御部３７はスロットルのアクチュエータ１５及びブレーキのアクチュエータ１６にそれぞれ指示デューティを出力してフィードフォワード制御を行う（ステップＳ７，Ｓ８参照）。
【００４７】
比較部２７では、例えば前走車Ｖ′側では変換手段２６側の修正データを出力し、自車（追従車）Ｖ側では変換手段３３側の修正データを出力するようにしてもよい。
【００４８】
操舵制御手段３（図１参照）では、磁気情報源からの車両位置の変位量と、漏洩同軸ケーブルＣからの現在位置受信曲率信号による走行予定ラインの接線に対する車両進行方向変位角とを算出するとともに、前述の経路データの前方道路形状（道路曲率）データにより算出した所定距離先の目標点及び予想到達点間の位置誤差と、走行予定ラインからの車両進行方向変位角とを算出し、それらに基づいて自車Ｖを磁気情報源列（走行ライン）に沿って走行させるべくステアリング装置のアクチュエータ１４を駆動する。
【００４９】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００５０】
例えば、実施例では所定時間後の自車位置における距離偏差及び速度偏差に基づいて制御を行っているが、距離偏差及び速度偏差の何れか一方に基づいて制御を行うことも可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、道路に勾配が存在すると平坦路を走行する場合に比べて車速が増減するため、制御計画に則した車速制御ができなくなるが、所定時間後の自車の予想到達点における距離偏差或いは速度偏差が減少するように、前記距離偏差及び速度偏差の少なくとも一方に基づいて算出した目標加速度を道路勾配に基づいて補正する補正手段を設けたので、道路勾配の影響を補償して制御計画に則した制御を可能にすることができる。
【００５２】
また請求項２に記載された発明によれば、自車位置と、自車位置の一階微分値と、自車位置の二階微分値とに基づいて前記予想到達点を算出するので、簡単な演算を行うだけで予想到達点を正確に算出することができる。
【００５３】
また請求項３に記載された発明によれば、情報発信手段からの情報が道路上の位置に対する速度指示情報であるので、車両を道路に沿って予め設定した速度で走行させることができる。
【００５４】
また請求項４に記載された発明によれば、偏差演算手段は、情報発信手段から受信した位置及び速度の情報を、予想到達点における自車の位置及び速度と比較して距離偏差及び速度偏差を算出するので、制御計画すなわち目標とする車両の走行状態と実際の車両の走行状態との偏差を的確に算出することができる。
【００５５】
また請求項５に記載された発明によれば、偏差演算手段は、前走車から受信した位置情報に基づいて算出した前記所定時間後の前走車の位置及び速度を、前記予想到達点における自車の位置及び速度と比較して前記距離偏差及び速度偏差を算出するので、自車を前走車に対して追従走行させることができる。
【００５６】
また請求項６に記載された発明によれば、所定時間後の前走車の位置及び速度を、前走車から受信した位置情報の一階微分値及び二階微分値に基づいて算出するので、簡単な演算を行うだけで所定時間後の前走車の位置及び速度を正確に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  車両の全体構成図
【図２】  磁気ネイル及び磁気センサの説明図
【図３】  制御系のブロック図
【図４】  作用を説明するフローチャート
【図５】  道路の傾斜量マップを示す図
【符号の説明】
２          制御計画処理手段
４          車速制御手段
６          磁気センサ（自車位置検出手段）
１５        スロットルのアクチュエータ（加減速用アクチュエータ）
１６        ブレーキのアクチュエータ（加減速用アクチュエータ）
４３        補正手段
４４        補正手段
４０        偏差算出手段
５０        偏差算出手段
Ｃ          漏洩同軸ケーブル（情報発信手段）
Ｖ          自車
Ｖ′        前走車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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