JP2023091532A - 自動転舵システム - Google Patents

Abstract

【課題】取得したヨー角の正しさを判定し、自動転舵の精度を向上させる。【解決手段】マーカ３１０を辿って車両２００が走行するように転舵輪を自動的に転舵する自動転舵システム１００であって、車幅方向におけるマーカ３１０の位置である第一幅位置を検知する第一マーカ検知装置１１１と、前後方向において第一マーカ検知装置１１１と並んで配置され、第二幅位置を検知する第二マーカ検知装置１１２と、転舵制御装置１２０とを、備え、転舵制御装置１２０は、第一幅位置、第二幅位置に基づき第一ヨー角を算出する第一ヨー角算出部１２１と、異なる二つのマーカ３１０に対する二つの第一幅位置に基づき車両２００の第二ヨー角を算出する第二ヨー角算出部と、第一ヨー角、および第二ヨー角に基づき車両ヨー角を選定するヨー角選定部１２３と、を備える自動転舵システム１００。【選択図】図４

Description

本発明は、車線に並んで配置されるマーカを辿って車両が走行するように転舵輪を自動的に転舵する自動転舵システムに関する。

従来、道路上に所定の間隔で線状に並んで埋設された磁気マーカを車体の床下に装備された磁気センサにより検出することで、自車の位置を計測しつつ、任意の経路を走行可能な自動運転システムが存在している。例えば特許文献１には、ジャイロセンサによってヨーレートを検出し、磁気マーカを検出することによりヨー角、および車両位置を特定する技術が開示されている。

特開平１１－３７７７３号公報

ところがマーカの列によって示される経路が交錯する分岐箇所や交差箇所などにおいて、予め定められた予定経路とは異なる経路を示すマーカを、予定経路を示すマーカとしてマーカ検出器が誤検出することにより、予定する経路に対して異なるヨー角であるにも関わらず走行予定経路に沿うヨー角と誤認識する場合がある。このような場合、自動運転により意図しない急操舵が発生したり、予定経路とは異なる経路を走行する事象が発生したりする場合がある。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、マーカの列が交錯する箇所においてマーカの誤検出を抑制する自動転舵システムの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の１つである自動転舵システムは、道路上に線状に並んで配置されるマーカを辿って車両が走行するように転舵輪を自動的に転舵する自動転舵システムであって、前記車両が前記マーカ上を通過した際の車幅方向における前記マーカの位置である第一幅位置を検知する第一マーカ検知装置と、前記車両の前後方向において前記第一マーカ検知装置と並んで配置され、前記マーカ上を通過した際の車幅方向における前記マーカの位置である第二幅位置を検知する第二マーカ検知装置と、転舵輪の転舵を制御する転舵制御装置とを、備え、前記転舵制御装置は、前記第一幅位置、および前記第二幅位置に基づき車両の第一ヨー角を算出する第一ヨー角算出部と、異なる二つのマーカに対する二つの前記第一幅位置、および異なる二つのマーカに対する前記第二幅位置の一方に基づき車両の第二ヨー角を算出する第二ヨー角算出部と、前記第一ヨー角、および前記第二ヨー角に基づき車両のヨー角を示す車両ヨー角を選定するヨー角選定部と、を備える。

本発明によれば、複数の経路を示すマーカの列が交錯する箇所において、マーカの誤検出を抑制し、自動転舵における誤った制御の発生を防止することができる。

自動転舵システムを搭載した車両を示す上面図である。 分岐する経路が存在する道路を示す上面図である。 マーカ検知装置によるマーカの検知状態を示す図である。 転舵制御装置の機能構成を示すブロック図である。 第一マーカ検知装置、および第二マーカ検知装置によりヨー角を取得する状態を示す図である。 異なるマーカを同じマーカ検知装置により検出しヨー角を取得する第一段階の状態を示す図である。 自動転舵システムの処理の流れを示すフローチャートである。 経路を変更する際において第一ヨー角が正しく取得されている場合を示す図である。 経路を変更する際において第一ヨー角が正しく取得されていない場合を示す図である。

以下、本発明に係る自動転舵システムの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を説明するために一例を挙示するものであり、本発明を限定する主旨ではない。例えば、以下の実施の形態において示される形状、構造、材料、構成要素、相対的位置関係、接続状態、数値、数式、方法における各段階の内容、各段階の順序などは、一例であり、以下に記載されていない内容を含む場合がある。また、平行、直交などの幾何学的な表現を用いる場合があるが、これらの表現は、数学的な厳密さを示すものではなく、実質的に許容される誤差、ずれなどが含まれる。また、同時、同一などの表現も、実質的に許容される範囲を含んでいる。

また、図面は、本発明を説明するために適宜強調、省略、または比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状、位置関係、および比率とは異なる。

また、以下では複数の発明を一つの実施の形態として包括的に説明する場合がある。また、以下に記載する内容の一部は、本発明に関する任意の構成要素として説明している。

図１は、自動転舵システムを搭載した車両を示す上面図である。図２は、車両が走行する道路を示す上面図である。自動転舵システム１００は、道路３００上に所定の間隔で線状に並んで配置される磁石を有するマーカ３１０を辿って車両２００が走行するように転舵輪２１０を自動的に転舵するシステムであって、第一マーカ検知装置１１１と、第二マーカ検知装置１１２と、転舵制御装置１２０と、を備えている。本実施形態の場合、自動転舵システム１００は、マーカ情報取得装置１４０（図４参照）と、ジャイロセンサ１４１（図４参照）を備えている。

道路３００は、特に限定されるものではない。本実施の形態の場合、図２に示すように、バスなどの大型の車両２００の他、乗用車などの比較的小型の車両２００などが走行する同一進行方向の二つの第一車線３０１、第二車線３０２を有する道路３００を例示している。図２は、片側二車線（計４車線）のうち、一方の進行方向の第一車線３０１、第二車線３０２を示している。

道路３００は、右側通行用、左側通行用のいずれであってもよいが、本実施の形態では左側通行用である場合を例示している。このため、第一車線３０１は、走行車線であり、第二車線３０２は追い越し車線である。図２では、マーカ３１０が第一車線３０１のみに敷設されている場合を図示しているが、第二車線３０２にもマーカ３１０が敷設されていてもよい。またマーカ３１０は片側一車線の各車線のそれぞれに敷設されていてもよい。

マーカ３１０は、直上を走行する車両に対し自己の位置を提示することができる印である。本実施形態の場合、マーカ３１０は、磁石を備えた磁気マーカであり、例えば円柱状あるいは円板状に形成されている。道路３００に敷設された複数のマーカ３１０の一部は、ＲＦＩＤ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）タグなどの非接触でマーカ情報を認識させることのできるタグを備えている。タグには、マーカ３１０の固有の情報や、当該マーカ３１０の敷設箇所の位置座標などがマーカ情報として記憶されている。

第一マーカ検知装置１１１、および第二マーカ検知装置１１２（第一マーカ検知装置１１１、および第二マーカ検知装置１１２を総称してマーカ検知装置１１０と記載する場合がある。）は、車両２００がマーカ３１０上を通過した際の車幅方向（図１中Ｘ軸方向）におけるマーカ３１０の位置を磁力に基づき検知する装置である。なお車両２００の向きによって車幅方向はＸ軸に沿わない場合もある。本実施形態の場合、マーカ検知装置１１０は、図３に示すように、マーカ３１０から出力される磁界３１１を個々に検出できるホール素子などの磁気センサ１１３を車幅方向に並べて備えるセンサアレイであり、車両２００の底面に取り付けられている。マーカ検知装置１１０は、マーカ検知装置１１０の装置中心１１９と、車両２００の中央位置２０９とが略一致するように配置されている。

マーカ検知装置１１０は、道路３００に設置されたマーカ３１０の上を通過することによりマーカ３１０から生じる磁界３１１の増減を個々の磁気センサ１１３が検知する。そして磁界３１１を検知した磁気センサ１１３の位置、検知した磁界の強度に基づき車幅方向における第一マーカ検知装置１１１の装置中心１１９からのマーカ３１０のマーカ中心３１９までの距離を示す第一幅位置を検知し、第二マーカ検知装置１１２の装置中心１１９からのマーカ３１０のマーカ中心３１９までの距離を示す第二幅位置を検知する。なお、第一マーカ検知装置１１１と第二マーカ検知装置１１２との車両の前後方向における距離は、マーカ３１０の設置ピッチと等しいことが好ましい。

マーカ情報取得装置１４０は、マーカ３１０が備えるタグからマーカ情報を取得し、マーカ３１０の固有の情報や、当該マーカ３１０の敷設箇所の位置座標などを非接触で取得することができる装置である。マーカ情報取得装置１４０は、第一マーカ検知装置１１１、第二マーカ検知装置１１２の少なくとも一方、もしくは、第一マーカ検知装置１１１と第二マーカ検知装置１１２の中間に配置され、マーカ検知装置１１０がマーカ３１０を検出する際に、当該マーカ３１０に対応するタグからマーカ情報を取得する。マーカ情報取得装置１４０の種類は、マーカ３１０が備えるタグの種類に応じて選定される。例えばタグがＲＦＩＤタグの場合、マーカ情報取得装置１４０としてＲＦＩＤリーダが採用される。

ジャイロセンサ１４１は、走行時における車両の角加速度を検出するセンサである。ジャイロセンサ１４１の種類は、特に限定されるものではないが、例えばコリオリ力を圧電方式、静電容量方式などにより測定するセンサを例示することができる。

図４は、転舵制御装置の機能構成を示すブロック図である。転舵制御装置１２０は、転舵輪２１０の転舵を制御するプロセッサを備えた装置であり、プロセッサにプログラムを実行させることにより実現される処理部として、第一ヨー角算出部１２１と、第二ヨー角算出部１２２と、ヨー角選定部１２３とを備えている。本実施の形態の場合、転舵制御装置１２０は、マーカ情報取得部１２４と、判断基準更新部１２５と、を備えている。

第一ヨー角算出部１２１は、第一マーカ検知装置１１１から取得した第一幅位置、および第二マーカ検知装置１１２から取得した第二幅位置に基づき車両２００の第一ヨー角γ１を算出する。具体的には、図５に示すように、第一ヨー角算出部１２１は、車両２００の前後方向に平行に並んだ第一マーカ検知装置１１１、および第二マーカ検知装置１１２が二個のマーカ３１０（ｎ）（ｎは整数）、マーカ３１０（ｎ＋１）を同時に、またはほぼ同時にそれぞれ検知した第一幅位置Ｗ１、および第二幅位置Ｗ２を取得し、取得した第一幅位置Ｗ１、第二幅位置Ｗ２、およびマーカ３１０（ｎ）とマーカ３１０（ｎ＋１）との距離に基づきマーカ３１０の並び方向に対する車両２００の角度を第一ヨー角γ１として検出する。

なお、二つのマーカ３１０間の距離が予め定められた距離である場合、第一ヨー角算出部１２１は、この値を記憶し利用してもかまわない。また、マーカ情報取得部１２４が取得したマーカ情報に、マーカ３１０間の距離が含まれている場合、当該情報を利用してもかまわない。また、車両２００の走行距離を取得し、マーカ３１０間の距離として利用してもかまわない。後述の第二ヨー角算出部１２２も同様である。

第二ヨー角算出部１２２は、車両２００が走行することにより第一マーカ検知装置１１１が異なる二つのマーカ３１０に対してそれぞれ第一幅位置を検出し、それぞれの第一幅位置の差分、および二つの異なるマーカ３１０間の距離に基づき第二ヨー角γ２を算出する。具体的には、第二ヨー角算出部１２２は、まず図６に示すように、第一マーカ検知装置１１１からマーカ３１０（ｎ－１）の第一幅位置Ｗ３を検出する。次に車両２００はマーカ３１０（ｎ－１）とマーカ３１０（ｎ）との間の距離分走行し、第一マーカ検知装置１１１は、図５に示すように、マーカ３１０（ｎ）の第一幅位置Ｗ１を検出する。第二ヨー角算出部１２２は、第一幅位置Ｗ３（図６参照）と第一幅位置Ｗ１（図５参照）、および３１０（ｎ－１）とマーカ３１０（ｎ）との距離に基づき車両２００の第二ヨー角γ２を算出する。

なお、第二ヨー角算出部１２２は、車両２００が走行することにより第二マーカ検知装置１１２が異なる二つのマーカ３１０に対して検出する二つの第二幅位置に基づき車両２００の第二ヨー角γ２を検出してもかまわない。

第三ヨー角算出部１２６は、慣性航法により分岐前のマーカ３１０の列に対する転舵中の車両２００の向きを示す第三ヨー角を算出する。慣性航法とは、ジャイロセンサ、三次元加速度センサなどを用いて移動する車両２００の角加速度、加速度を測定し、積分計算によって速度、ヨー角を算出し、車両の位置、速度、ヨー角を求めながら所定の経路を走行する方法である。第三ヨー角算出部１２６は、車両２００が自動運転をするために慣性航法を用いて演算する演算処理部の一部であって、ジャイロセンサ１４１から得られるヨーレートを積分して第三ヨー角を算出する。

ヨー角選定部１２３は、第一ヨー角算出部１２１が検出した第一ヨー角γ１、第二ヨー角算出部１２２が検出した第二ヨー角γ２に基づき車両のヨー角を示す車両ヨー角を選定する。本実施の形態の場合、ヨー角選定部１２３は、第一ヨー角γ１と第二ヨー角γ２との差分が判断基準値以下である場合、第一ヨー角γ１算出部１２１により検出した第一ヨー角γ１を車両ヨー角として選定する。また、ヨー角選定部１２３は、第一ヨー角γ１と第二ヨー角γ２との差分が判断基準値よりも大きい場合、第三ヨー角算出部１２６が算出した第三ヨー角を車両ヨー角として選定する。なお、ヨー角選定部１２３は、第一ヨー角γ１と第二ヨー角γ２との差分が判断基準値よりも大きい場合、第二ヨー角算出部１２２が検出した第二ヨー角γ２を車両ヨー角として選定してもかまわない。

マーカ情報取得部１２４は、マーカ情報取得装置１４０からマーカ情報を取得する。取得したマーカ情報には、マーカ３１０の固有の情報、当該マーカ３１０の位置座標、マーカ３１０の並びが分岐、または交差している箇所における一方のマーカ３１０の並びに対する他方のマーカ３１０の並びの角度である分岐角θ（図２参照）が含まれていてもよい。

なお、並んで配置されるマーカ３１０の一部にのみマーカ情報を有するタグが設けられている場合、マーカ情報取得部１２４は、タグを備えたマーカ３１０からタグを備えていないマーカ３１０を順にカウントし、タグを備えたマーカ３１０からの相対的な位置関係に基づきマーカ実位置などを導出する場合がある。また、タグはＲＦＩＤタグに限定されるものではなく、二次元コードなどであってもかまわない。

判断基準更新部１２５は、マーカ情報取得部１２４が取得した分岐角θに基づきヨー角選定部１２３が車両ヨー角を選定する際に用いる判断基準値を更新する。例えば、分岐角θが角度閾値よりも小さい場合、判断基準値を比較的小さい第一判断基準値に更新し、分岐角θが角度閾値よりも大きい場合、判断基準値を第一判断基準値よりも大きい第二判断基準値に更新する。

図７は、転舵制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。車両２００の進行方向において、後ろ側に配置される第一マーカ検知装置１１１は、マーカ３１０（ｎ－１）を検出する（Ｓ１０１）。第二ヨー角算出部１２２は、マーカ３１０（ｎ－１）の第一幅位置（Ｗ３）を取得する（Ｓ１０２）。なお第一ヨー角算出部１２１も、マーカ３１０（ｎ－１）の第一幅位置を取得してもかまわない。

車両２００は、次のマーカ３１０まで走行する（Ｓ１０３）。第一マーカ検知装置１１１は、マーカ３１０（ｎ）を検出する（Ｓ１０４）。第一ヨー角算出部１２１、および第二ヨー角算出部１２２は、マーカ３１０（ｎ）の第一幅位置（Ｗ１）を取得する（Ｓ１０５）。第二マーカ検知装置１１２は、マーカ３１０（ｎ＋１）を検出する（Ｓ１０６）。第一ヨー角算出部１２１は、マーカ３１０（ｎ＋１）の第二幅位置（Ｗ２）を取得する（Ｓ１０７）。なお、フローチャートとして第一幅位置の取得の後に第二幅位置の取得を記載しているが、これらは同時、またはほぼ同時に取得されている。

第一ヨー角算出部１２１は、マーカ３１０（ｎ）の第一幅位置、マーカ３１０（ｎ＋１）の第二幅位置、およびマーカ３１０（ｎ）とマーカ３１０（ｎ＋１）の距離に基づき第一ヨー角γ１を算出する（Ｓ１０８）。第二ヨー角算出部１２２は、マーカ３１０（ｎ－１）の第一幅位置、マーカ３１０（ｎ）の第一幅位置、およびマーカ３１０（ｎ－１）とマーカ３１０（ｎ）の距離に基づき第二ヨー角γ２を算出する（Ｓ１０９）。第三ヨー角算出部１２６は、ジャイロセンサ１４１からの情報に基づき第三ヨー角を算出する（Ｓ１１０）。なお、フローチャートとして第一ヨー角γ１算出の後に第二ヨー角算出を記載し、その後に第二ヨー角算出を記載しているが、これらは同時、またはほぼ同時に算出されている。また、第三ヨー角は、慣性航法に用いるため、随時算出されている。

次に、ヨー角選定部１２３は、算出された第一ヨー角γ１と第二ヨー角γ２の差分を算出し、得られた差分が判断基準値以下の場合（Ｓ１１１、Ｙｅｓ）、第一ヨー角γ１を車両ヨー角として選定する。一方、ヨー角選定部１２３は、算出された第一ヨー角γ１と第二ヨー角γ２の差分が判断基準値より大きい場合（Ｓ１１１、Ｎｏ）、第三ヨー角を車両ヨー角として選定する。

つまり、図８の（ａ）で示す左側の図のように、分岐部において自動運転によって車両２００が第一経路３２１から分岐する第二経路３２２へ正しく転舵され、第二マーカ検知装置１１２が正しく第二経路３２２上のマーカ３１０を検知すると、（ｂ）で示す右側の図に示す第二ヨー角算出部１２２が算出した第二ヨー角γ２と、（ａ）で示す左側の図に示す第一ヨー角算出部１２１が算出した第一ヨー角γ１との差分（誤差）は判断基準値より小さくなる。よって、ヨー角選定部１２３は、差分が少ない場合、第一ヨー角γ１は、第二経路３２２に対する正しい値であるとして第一ヨー角γ１を選択する。

一方、図９の（ａ）で示す左側の図のように、路面の状況等により自動運転によって車両２００が第一経路３２１から分岐する第二経路３２２へ正しく転舵できず、第二マーカ検知装置１１２が第一経路３２１上のマーカ３１０を検知すると、（ｂ）で示す右側の図に示す第二ヨー角算出部１２２が算出した第二ヨー角γ２と、（ａ）で示す左側の図に示す第一ヨー角算出部１２１が算出した第一ヨー角γ１との差分（誤差）は判断基準値より大きくなる。よって、ヨー角選定部１２３は、差分が大きい場合、第一ヨー角γ１は、第二経路３２２に対する正しい値ではないとし、マーカ検知装置１１０が検知した幅位置により算出するヨー角を採用せず、慣性航法に利用されている第三ヨー角を選択する。

以上の実施の形態で示した自動転舵システム１００によれば、第二マーカ検知装置１１２が自動運転の目的である経路を示すマーカ３１０を正しく検出しているか否かを、第二ヨー角γ２を算出することにより検証し、正しくない場合は、第三ヨー角を用いて転舵を制御することができる。これにより、第二マーカ検知装置１１２が自動運転で示される経路とは異なる経路を示すマーカ３１０を検出しているため、第一ヨー角γ１が自動運転で示されるヨー角と大きく相違し、この相違を修正するために自動転舵システム１００が急に大きく転舵輪を転舵させる制御を行うなどの不具合の発生を防止できる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば、第一ヨー角γ１と第二ヨー角γ２との差分が判断基準値を超えている場合、ヨー角選定部１２３は、第三ヨー角を車両ヨー角として選定したが、ヨー角選定部１２３は、第二ヨー角γ２を車両ヨー角として選定してもかまわない。また、ヨー角選定部１２３が第三ヨー角を選定しない場合、転舵制御装置１２０は、第三ヨー角算出部１２６を備えなくてもかまわない。

また、第二ヨー角γ２の算出、第一ヨー角γ１との差分の算出などは、マーカ３１０を検知する毎に実行してもよく、自動運転により経路を変更する際にのみ実行してもかまわない。

また、第一マーカ検知装置１１１から得られる第一幅位置により第二ヨー角γ２を算出したが、第二マーカ検知装置１１２から得られる第二幅位置により第二ヨー角γ２を算出してもかまわない。

本発明は、車両、特にバス、トラックなどの比較的大型の車両の自動運転に利用することができる。

１００…自動転舵システム、１１０…マーカ検知装置、１１１…第一マーカ検知装置、１１２…第二マーカ検知装置、１１３…磁気センサ、１１９…装置中心、１２０…転舵制御装置、１２１…第一ヨー角算出部、１２２…第二ヨー角算出部、１２３…ヨー角選定部、１２４…マーカ情報取得部、１２５…判断基準更新部、１２６…第三ヨー角算出部、１４０…マーカ情報取得装置、１４１…ジャイロセンサ、２００…車両、２０９…中央位置、２１０…転舵輪、３００…道路、３０１…第一車線、３０２…第二車線、３１０…マーカ、３１１…磁界、３１９…マーカ中心、３２１…第一経路、３２２…第二経路

Claims (4)

1. 車線に並んで配置されるマーカを辿って車両が走行するように転舵輪を自動的に転舵する自動転舵システムであって、
   前記車両が前記マーカ上を通過した際の車幅方向における前記マーカの位置である第一幅位置を検知する第一マーカ検知装置と、
   前記車両の前後方向において前記第一マーカ検知装置と並んで配置され、前記マーカ上を通過した際の車幅方向における前記マーカの位置である第二幅位置を検知する第二マーカ検知装置と、
   転舵輪の転舵を制御する転舵制御装置と、を備え、
   前記転舵制御装置は、
   前記第一幅位置、および前記第二幅位置に基づき車両の第一ヨー角を算出する第一ヨー角算出部と、
   異なる二つのマーカに対する二つの前記第一幅位置、および異なる二つのマーカに対する二つの前記第二幅位置の一方に基づき車両の第二ヨー角を算出する第二ヨー角算出部と、
   前記第一ヨー角、および前記第二ヨー角に基づき車両のヨー角を示す車両ヨー角を選定するヨー角選定部と、を備える
   自動転舵システム。
2. 前記ヨー角選定部は、
   前記第一ヨー角と前記第二ヨー角との差分が判断基準値以下の場合、前記第一ヨー角を車両ヨー角として選定する
   請求項１に記載の自動転舵システム。
3. 前記転舵制御装置は、
   慣性航法により車両の第三ヨー角を算出する第三ヨー角算出部を備え、
   前記ヨー角選定部は、
   前記第一ヨー角と前記第二ヨー角との差分が判断基準値を超えた場合、前記第三ヨー角を車両ヨー角として選定する
   請求項１に記載の自動転舵システム。
4. 前記転舵制御装置は、
   前記マーカの並びが分岐、または交差している箇所における一方の前記マーカの並びに対する他方の前記マーカの並びの角度である分岐角を含むマーカ情報を取得するマーカ情報取得部と、
   取得した前記分岐角に基づき前記判断基準値を更新する判断基準更新部と、を備える
   請求項２または３に記載の自動転舵システム。

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