特開 2016-148918 車両の制御装置および車両の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-148918(P2016-148918A)

(43)【公開日】2016年8月18日

(54)【発明の名称】車両の制御装置および車両の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/02 20060101AFI20160722BHJP

【ＦＩ】

   G05D1/02 W

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-24243(P2015-24243)

(22)【出願日】2015年2月10日

(71)【出願人】

【識別番号】504150450

【氏名又は名称】国立大学法人神戸大学

(71)【出願人】

【識別番号】501203344

【氏名又は名称】国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構

(71)【出願人】

【識別番号】595100819

【氏名又は名称】長田電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(72)【発明者】

【氏名】深尾 隆則

(72)【発明者】

【氏名】村上 則幸

(72)【発明者】

【氏名】平松 裕次

【テーマコード（参考）】

5H301

【Ｆターム（参考）】

5H301AA03

5H301BB01

5H301CC03

5H301GG17

5H301HH15

(57)【要約】      （修正有）

【課題】走行経路の追従精度を向上させることができる車両の制御装置および車両の制御方法を提供する。
【解決手段】制御装置１は、車両の方向の指令値である舵角に応じて駆動輪を駆動する駆動部２０と、車両のヨーレートを測定する第一測定部３０と、車両の位置および姿勢を測定する第二測定部４０と、第二測定部４０から得られる車両の位置および姿勢を用いて、ロバスト制御手法により車両のヨーレートを算出する回転角速度算出部１３と、第一測定部３０から得られるヨーレート測定値と回転角速度算出部１３から得られるヨーレート算出値とを用いて、ＰＩＤ制御手法により舵角を算出し、駆動部２０に算出した舵角を出力する指令値算出部１２とを備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の方向の指令値に応じて駆動輪を駆動する駆動部と、
前記車両の第一回転角速度を測定する第一測定部と、
前記車両の位置および姿勢を測定する第二測定部と、
前記第二測定部から得られる前記車両の位置および姿勢を用いて、ロバスト制御手法により前記車両の第二回転角速度を算出する回転角速度算出部と、
前記第一測定部から得られる測定値と前記回転角速度算出部から得られる算出値とを用いて、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御手法により前記指令値を算出し、算出した前記指令値を前記駆動部に出力する指令値算出部とを備える、
車両の制御装置。

【請求項2】

前記指令値算出部は、前記指令値をδ、前輪と後輪との距離をＬ、前記車両の速度をν、前記測定値をω、前記算出値をω_Ｃとし、係数をＫ_Ｐ、Ｋ_ＤおよびＫ_Ｉとした場合、以下の関係式を用いて前記指令値を求める、

【数1】

請求項１に記載の車両の制御装置。

【請求項3】

前記指令値は、前記駆動輪の舵角を示す値であり、
前記駆動部は、前記指令値に応じて前記駆動輪の舵角を変化させる、
請求項１または２に記載の車両の制御装置。

【請求項4】

前記車両は、前記駆動輪として１対の無限軌道を有し、
前記指令値は、前記１対の無限軌道の各々の回転数を示す値であり、
前記駆動部は、前記指令値に応じて前記１対の無限軌道の各々における回転数を変化させる、
請求項１または２に記載の車両の制御装置。

【請求項5】

前記回転角速度算出部は、前記ロバスト制御手法として、スライディングモード制御手法を用いる、
請求項１〜４の何れか１項に記載の車両の制御装置。

【請求項6】

車両に実装される制御部により実行される車両の制御方法であって、
前記車両を構成する駆動輪の駆動部に、前記車両の方向の指令値を出力するステップと、
前記指令値を出力するステップの実行後に、前記車両の第一回転角速度を測定する第一測定部から測定値を取得するステップと、
前記指令値を出力するステップの実行後に、前記車両の位置および姿勢を測定する第二測定部から前記車両の位置および姿勢を取得するステップと、
前記第二測定部から得られる前記車両の位置および姿勢を用いて、ロバスト制御手法により前記車両の第二回転角速度を算出するステップと、
前記測定値を取得するステップにおいて得られる前記測定値と前記第二回転角速度を算出するステップにおいて得られる前記回転角速度の算出値とを用いて、ＰＩＤ制御手法により前記指令値を算出するステップとを繰り返し実行し、
２回目以降の前記指令値を出力するステップでは、前記制御部は、前記指令値を算出するステップにおいて算出した前記指令値を前記駆動部に出力する、
車両の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両の制御装置および車両の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、農業従事者の減少あるいは高齢化、競争力の向上等の観点から、農作業の効率化が課題となっている。農作業効率を向上させることができれば、農業の大規模化にも対応することができる。

【0003】

農作業の効率を向上させる方法として、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）タグ等により測定した位置情報を用いて、トラクタ等の農作業車を自律走行させる技術がある（例えば、非特許文献参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】入江、外２名、「ＲＦタグを用いたロボットトラクタの自動走行システム」、システム制御情報学会若手研究発表会講演論文集、計測自動制御学会関西支部、２０１３年１月１８日、Vol.2012 Page.43-46

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の自律走行を行う自律走行車両では、特に、地面の状態が不安定な場合には、走行経路の追従精度が十分ではないという問題がある。具体的には、農作業車が走行する田畑等の農地では、比較的土壌が柔らかく、農作業車の車輪が通過することで、土壌の状態が変わってしまう。つまり、前輪の通過時と後輪の通過時とでは、土壌の状態が異なってしまう。土壌の状態には、傾斜あるいは凹凸の大きさ等の土壌の表面の形状、土壌の固さ等が含まれる。さらに、土壌に石等の固い物質が含まれている場合、当該石の上を車輪が通過すると、車輪が横滑りしてしまうという問題がある。

【0006】

一般的に、農作業車を用いた農作業では、農地全体に対して農作業を行うために、車両を農地内で複数回往復させる。この場合、農作業車の進行方向に垂直な方向、いわゆる車両の横方向において、農作業車の実際の走行経路と追従すべき参照経路との間でずれが生じると、農作業車を往復させる回数を増大させてしまう可能性がある。往復回数が増えると、農作業車を走行させる距離が増大し、作業効率が低下してしまうという問題がある。

【0007】

なお、積雪のある地面では、車輪が接することでいわゆる土壌の状態が変化することから、除雪車等においても同様の問題が生じると考えられる。

【0008】

そこで、本発明は、走行経路の追従精度を向上させることができる車両の制御装置および車両の制御方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

例えば、本発明の一態様に係る車両の制御装置は、車両の方向の指令値に応じて駆動輪を駆動する駆動部と、前記車両の第一回転角速度を測定する第一測定部と、前記車両の位置および姿勢を測定する第二測定部と、前記第二測定部から得られる前記車両の位置および姿勢を用いて、ロバスト制御手法により前記車両の第二回転角速度を算出する回転角速度算出部と、前記第一測定部から得られる測定値と前記回転角速度算出部から得られる算出値とを用いて、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御手法により前記指令値を算出し、算出した前記指令値を前記駆動部に出力する指令値算出部とを備える。

【0010】

上記構成の制御装置では、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御手法により指令値を算出するので、特に、地面の状態が不安定な場合であっても、走行経路の追従精度を向上させることができる。これにより、特に、農作業車あるいは除雪車のように、状態が不安定な地面を走行しながら作業を行う車両において、作業効率を向上させることが可能になる。

【0011】

例えば、前記指令値算出部は、前記指令値をδ、前輪と後輪との距離をＬ、前記車両の速度をν、前記測定値をω、前記算出値をω_Ｃとし、係数をＫ_Ｐ、Ｋ_ＤおよびＫ_Ｉとした場合、以下の式１を用いて前記指令値を求めてもよい。

【数1】

【0012】

これにより、比較的簡単な演算で、指令値を算出することが可能になり、車両に搭載される演算装置の演算負荷を低減することができる。

【0013】

例えば、前記指令値は、前記駆動輪の舵角を示す値であり、前記駆動部は、前記指令値に応じて前記駆動輪の舵角を変化させてもよい。あるいは、前記車両は、前記駆動輪として１対の無限軌道を有し、前記指令値は、前記１対の無限軌道の各々の回転数を示す値であり、前記駆動部は、前記指令値に応じて前記１対の無限軌道の各々における回転数を変化させてもよい。

【0014】

このように構成すれば、一般的な車輪を有するトラクタ、および、無限軌道を有するトラクタ等、幅広い種類のトラクタに対応できる。

【0015】

また、例えば、前記回転角速度算出部は、前記ロバスト制御手法として、スライディングモード制御手法を用いてもよい。

【0016】

なお、これらの包括的または具体的な態様は、装置だけでなく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの非一時的な記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る車両の制御装置および車両の制御方法は、走行経路の追従精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、自律走行制御で用いられる各種のパラメータを説明する図である。

【図2】図２は、自律走行制御で用いられる各種のパラメータを説明する図である。

【図3】図３は、実施の形態に係るトラクタの外観の一例を示す斜視図である。

【図4】図４は、実施の形態に係るトラクタの制御装置の構成の一例を示すブロック図である。

【図5】図５は、実施の形態に係るトラクタの制御方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。

【図6A】図６Ａは、比較例に係るトラクタの参照経路と実走行経路とを示すグラフである。

【図6B】図６Ｂは、実施の形態に係るトラクタの参照経路と実走行経路とを示すグラフである。

【図7A】図７Ａは、比較例に係る横方向の偏差ｅ_２を示すグラフである。

【図7B】図７Ｂは、実施の形態に係る横方向の偏差ｅ_２を示すグラフである。

【図8A】図８Ａは、比較例に係る角度の偏差ｅ_３を示すグラフである。

【図8B】図８Ｂは、実施の形態に係る角度の偏差ｅ_３を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

＜課題の詳細および本発明の基礎となった知見＞
比較例における車両の基本的な自律走行制御方法について、図１および図２を用いて説明する。当該比較例では、車両１００が、前輪の舵角を変化させることができる（後輪の舵角は固定されている）４輪のトラクタである場合を想定している。

【0020】

図１は、自律走行制御で用いられる各種のパラメータを説明する図である。図１は、追従経路上の仮想的な車両である参照車両２００と車両１００との関係を示している。図１では、車両１００の進行方向とＸ軸との間の角度をθとしている。車両１００の速度をν、ヨーレート（後輪軸と前輪舵角方向軸との交点を中心とする回転角速度）をω、車両１００の現在のＸ軸座標をｘ、Ｙ軸座標をｙとすると、車両１００の状態は、以下の式２で表される。

【数2】

【0021】

また、図１では、参照車両２００の進行方向とＸ軸との間の角度をθ_ｒとしている。参照車両２００の速度をν_ｒ、ヨーレートをω_ｒ、参照車両２００のＸ軸座標をｘ_ｒ、Ｙ軸座標をｙ_ｒとすると、参照車両２００の状態は、以下の式３で表される。

【数3】

【0022】

車両１００の参照車両２００に対する進行方向の偏差を偏差ｅ_１、進行方向に直交する横方向の偏差を偏差ｅ_２、角度の偏差を偏差ｅ_３とすると、相対偏差は、以下の式４で表される。

【数4】

【0023】

式４を時間微分すると以下の式５が得られる。

【数5】

【0024】

ここで、ｅ_１＝０、ｄ／ｄｔ（ｅ_１）＝０となるようにν_ｒを決定すると、以下の式６が得られる。

【数6】

【0025】

式６より、横方向の偏差ｅ２および角度の偏差ｅ_３を０に収束させるための式として、以下の式７が得られる。

【数7】

【0026】

ここで、スライディングモード制御手法を適用することを考える。スライディングモード制御手法では、切り替え面で分割される領域の一方から他方に移動するときに制御入力の方向を切り替え面に向かう方向に切り替える。これにより、車両１００の状態を切り替え面に拘束させ、車両１００を平衡点に向かわせることができる。まず、以下の式８に示す状態変換を行う。

【数8】

【0027】

ξとｅ_２を０に収束させる仮想入力−Ｋ_Ｓｅ_２との差ｓが０になる面を切り替え面とする。ｓは、定数Ｋ_ｓを用いて、以下の式９から得られる。

【数9】

【0028】

ｓを微分すると、以下の式１０が得られる。

【数10】

【0029】

ここで、車両１００の望ましいヨーレートω_Ｃ（算出値）を以下の式１１とする。

【数11】

【0030】

式１１において、ηは定数、ｓｇｎ（ｓ）は符号関数である。

【0031】

続いて、前輪の舵角δを算出する。

【0032】

図２は、自律走行制御で用いられる各種のパラメータを説明する図である。図２では、車両１００の長手軸に平行な軸をＡＬ軸、車両１００の前輪１１２の回転軸を軸ＡＦ１、軸ＡＦ１に垂直な軸を軸ＡＦ２、前輪１１２の後方に設けられている後輪１１３の回転軸を軸ＡＢとしている。さらに、図２では、軸ＡＦ１と軸ＡＢとが交わる点を交点Ｃｅ、前輪１１２と後輪１１３との間の距離をＬ、後輪１１３の中心と交点Ｃｅとの間の距離をＲとしている。なお、図２では、説明のため、前輪１１２と後輪１１３との間の関係を示しているが、前輪１１１と後輪１１４との間の関係でも構わない。

【0033】

図２より、以下の式１２が得られる。

【数12】

【0034】

車両１００の制御装置は、舵角δが入力されると、車両１００のヨーレートωを測定する。さらに、制御装置は、車両１００の位置および姿勢を測定し、当該位置および姿勢から、望ましいヨーレートω_Ｃを算出する。制御装置は、当該ヨーレートω_Ｃから式１１を用いて次に与える舵角δを算出する。車両１００はこれらの手順を繰り返し実行する。舵角δの算出は、例えば、０．１ｍｓ毎に行われる。

【0035】

しかしながら、上述した制御方法により算出したω_Ｃでは、地面が不安定な場合、誤差が非常に大きくなるという問題がある。具体的には、直進時には、横方向の誤差は１０ｃｍ程度、旋回時には、横方向の誤差が２０ｃｍ程度となる。このため、さらなる改善が求められている。

【0036】

ここで、本発明者らは、一般道路では入力された舵角δと車両１００の進行方向との間のずれは非常に小さいが、地面が不安定な場合には、車両１００に滑りが生じ、入力された舵角δと車両１００の進行方向との間にずれが生じることに着目した。そして、本発明者らは、ＰＩＤ制御手法を用いて舵角δを決定することにより、横方向の誤差を低減できることを見いだした。

【0037】

なお、ＰＩＤ制御手法は、誤差を低減するための手法であり、一般的には、誤差を示すパラメータ、例えば、上述した式３等に現れる横方向の偏差ｅ_２を低減するために適用される。舵角δは誤差を示すパラメータではないため、通常は、ＰＩＤ制御手法の適用対象とはならない。

【0038】

以下、実施の形態等について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態等は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態等で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態等における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0039】

（実施の形態）
実施の形態の車両１００について、図１〜図５を用いて説明する。

【0040】

図３は、実施の形態における車両の外観の一例を示す斜視図である。本実施の形態では、比較例の場合と同様に、車両１００が前輪１１１および１１２の舵角を変化させることができる（後輪１１３および１１４の舵角は固定されている）４輪のトラクタである場合を想定している。

【0041】

車両１００には、少なくとも車両１００の自律走行に関する処理を行う制御装置１が搭載されている。

【0042】

［１．車両の制御装置の構成］
車両１００の制御装置１は、本実施の形態では、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、タイマおよび入出力インターフェースを備えるマイクロコントローラにより実現され、エンジンコントロールユニット（図示せず）等を含んでいる。メモリには、車両の制御方法に含まれる各ステップを実行するためのプログラムが記憶されている。ＣＰＵが当該プログラムを実行することにより、車両の制御方法を実行して、制御装置１として機能することができる。

【0043】

図４は、実施の形態における車両の制御装置の構成の一例を示すブロック図である。車両１００の制御装置１は、演算処理部１０と、駆動部２０と、第一測定部３０と、第二測定部４０とを備えている。

【0044】

演算処理部１０は、自律走行に必要な各種パラメータの算出を行う。演算処理部１０は、通信部１１と、指令値算出部１２と、回転角速度算出部１３とを備えている。

【0045】

通信部１１は、駆動部２０に対して車両の方向の指令値を出力する。車両の方向の指令値は、例えば、前輪の舵角δである。

【0046】

指令値算出部１２は、第一測定部３０により測定される車両１００のヨーレートω（第一回転角速度）と、回転角速度算出部１３により算出されるヨーレートω_Ｃとを用いて、ＰＩＤ制御手法により指令値を算出する。指令値算出部１２は、さらに、通信部１１を介して算出した指令値を駆動部２０に対して出力する。

【0047】

回転角速度算出部１３は、第二測定部４０から得られる車両１００の位置および姿勢を用いて、ロバスト制御手法により車両１００のヨーレートω_Ｃ（第二回転角速度）を算出する。本実施の形態では、回転角速度算出部１３は、ロバスト制御手法のうちのスライディングモード制御手法を用いてヨーレートω_Ｃを算出する。

【0048】

駆動部２０は、本実施の形態では、２つの前輪１１１および１１２の角度を指令値に応じて変化させるステアリング機構である。

【0049】

第一測定部３０は、本実施の形態では、車両１００のヨーレートを測定する角速度センサーである。

【0050】

第二測定部４０は、車両の位置および姿勢を測定する。第二測定部４０は、本実施の形態では、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ − Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）とＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）とを備えている。

【0051】

［２．車両の制御方法の処理手順］
図５は、実施の形態における車両の制御方法の処理手順を示すフローチャートである。

【0052】

まず、演算処理部１０は、自律走行の開始時、通信部１１を介して車両の方向の指令値の初期値を駆動部２０に対して出力する（Ｓ１０）。指令値の初期値は、舵角δの初期値δｉであり、本実施の形態では、δｉ＝０である。

【0053】

演算処理部１０は、ステップＳ１０の実行後および後述するステップＳ１５の実行後に、第一測定部３０から車両１００のヨーレートωを取得する（Ｓ１１）。ヨーレートωは、図１および図２に示す比較例のヨーレートωと同じである。

【0054】

演算処理部１０は、ステップＳ１０の実行後および後述するステップＳ１５の実行後に、第二測定部４０から車両１００の位置および姿勢を取得する（Ｓ１２）。車両１００の位置は、座標（ｘ、ｙ）であり、姿勢は角度θである。

【0055】

演算処理部１０は、ステップＳ１２において取得した車両１００の位置および姿勢を用いて、スライディングモード制御手法（ロバスト制御手法の一例）により車両１００のヨーレートω_Ｃを算出する（Ｓ１３）。ヨーレートω_Ｃの算出方法は、比較例と同じである。具体的には、上述した式１１を用いてヨーレートω_Ｃを算出する。舵角δが与えられることにより、ヨーレートωの偏差ω_ｅ（ω＝ω_Ｃ＋ω_ｅ）を算出することができる。

【0056】

演算処理部１０は、ステップＳ１１において取得したヨーレートω（測定値）と、ステップＳ１３において算出したヨーレートω_Ｃ（算出値）とを用いて、ＰＩＤ制御手法により指令値である舵角δを算出する（Ｓ１４）。

【0057】

ＰＩＤ制御手法では、出力値の偏差、積分および微分の３つの要素を組み合わせて、出力値を算出する。演算処理部１０は、ヨーレートの測定値ωとヨーレートの算出値ω_Ｃとの差の偏差、当該差の積分値、および、当該差の微分値の３つの要素を組み合わせて、出力値である舵角δを算出する。具体的には、舵角δは、以下の式１３を用いて表される。

【数13】

【0058】

式１３において、Ｋ_Ｐは偏差の係数、Ｋ_Ｄは微分係数、Ｋ_Ｉは積分係数であり、トラクタの特性および土壌の特性等により決まる定数である。なお、係数Ｋ_Ｐ、Ｋ_Ｄ、Ｋ_Ｉは、過去の走行履歴等に応じて適宜変更するように構成しても構わない。また、νは車両１００の速度、Ｌは図２に示す前輪１１２と後輪１１３との距離である。

【0059】

演算処理部１０は、通信部１１を介して算出した舵角δを駆動部２０に対して出力する（Ｓ１５）。

【0060】

演算処理部１０は、例えば、０．１ｍｓ毎に、ステップＳ１１〜Ｓ１５を繰り返し実行する。

【0061】

［３．検証］
本発明者らは、比較例と本実施の形態による車両の制御方法を用いた場合とで比較実験を行った。図６Ａ〜図８Ｂは、当該比較実験における結果を示すグラフである。

【0062】

図６Ａは、比較例に係るトラクタの参照経路と実走行経路とを示すグラフである。図６Ｂは、実施の形態に係るトラクタの参照経路と実走行経路とを示すグラフである。なお、図６Ａおよび図６Ｂでは、メートル単位で示しているため、一部を拡大表示している。図６Ａおよび図６Ｂから分かるように、比較例では、旋回時の誤差が約２０ｃｍ程度であるのに対し、本実施の形態では、旋回時の誤差が１０ｃｍ以内に抑えられている。

【0063】

図７Ａ比較例に係る横方向の偏差ｅ_２を示すグラフである。図７Ｂは、実施の形態に係る横方向の偏差ｅ_２を示すグラフである。また、図８Ａは、比較例に係る角度の偏差ｅ_３を示すグラフである。図８Ｂは、実施の形態に係る角度の偏差ｅ_３を示すグラフである。

【0064】

図７Ａ〜図８Ｂから分かるように、横方向の偏差ｅ_２および角度の偏差ｅ_３の何れも、振れ幅が小さくなっており、改善されていることが分かる。

【0065】

［４．効果等］
本実施の形態の車両１００の制御装置１および制御方法では、ＰＩＤ制御手法により指令値を算出するので、特に、地面の状態が不安定な場合に、走行経路の追従精度を向上させることができる。これにより、特に、農作業車あるいは除雪車のように、状態が不安定な地面を走行しながら作業を行う車両の作業効率を向上させることが可能になる。

【0066】

より詳細には、比較例では、車両の望ましいヨーレートω_Ｃについては、現在の車両の状態（位置および姿勢）と参照経路とのずれを考慮して決定するが、指令値の一例である舵角δについては、ＲとＬの関係にのみ基づいて決定される。

【0067】

これに対し、本実施の形態では、車両の望ましいヨーレートω_Ｃについては、比較例と同様に、現在の車両の状態と参照経路とのずれを考慮して決定する。さらに、本実施の形態では、舵角δについて、式１３に示すように、車両１００の実際のヨーレートω（測定値）と計算上のヨーレートω_Ｃとの間に生じる差を考慮して決定することができる。

【0068】

なお、従来は、ヨーレートω_Ｃの算出において既に車両１００の現在の位置および姿勢が用いられているため、地面の変化により生じる誤差を補正することができると考えられていた。また、舵角δについては、望ましいヨーレートω_Ｃから一意的に決まるものであると考えられていた。しかしながら、農地等のような非常に不安定な土壌を走行する場合、車両１００に与える影響が非常に大きく、車両１００の現在の位置および姿勢のみのフィードバックでは、誤差が残ってしまうという問題がある。

【0069】

本実施の形態の制御装置１では、指令値の一例である舵角δを、ヨーレートの測定値と算出値との差を用いてＰＩＤ制御手法により求めるため、地面が不安定な場合であっても、上述した車両１００の実際の走行経路の参照経路からのずれを低減することができる。

【0070】

なお、ＰＩＤ制御手法は、差を低減するための手法であり、一般的には、誤差を示すパラメータ、例えば、上述した式３等に現れる横方向の偏差ｅ_２を低減するために適用される。舵角δは誤差を示すパラメータではないため（舵角δの誤差の偏差、積分および微分という概念はないため）、そのままＰＩＤ制御手法を適用することは困難である。そこで、本発明者らは、舵角δにＰＩＤ制御手法を適用するに当たり、舵角δの誤差の偏差、積分および微分ではなく、ヨーレートの誤差の偏差、積分および微分を適用した。

【0071】

これにより、本実施の形態の車両１００の制御装置１および制御方法では、式１３に示すような比較的簡単な演算方法により指令値を算出することができる。そのため、演算処理部１０の演算負荷を軽減できる。車両１００の自律走行では、演算処理の正確さおよび演算処理の速さが求められるため、演算負荷を低減することは重要である。

【0072】

なお、舵角δの算出方法は、式１３に限られるものではない。例えば、式１３に任意のパラメータを追加しても構わない。

【0073】

（他の実施の形態）
以上、本発明に係る車両の制御装置および制御方法について、実施の形態等に基づいて説明したが、本発明は実施の形態に限定されるものではない。実施の形態等に対して当業者が思いつく変形を施して得られる形態、および、実施の形態等における複数の構成要素を任意に組み合わせて実現される別の形態も本発明に含まれる。

【0074】

例えば、上記実施の形態では、スライディングモード制御手法を用いて車両１００のヨーレートω_Ｃを算出したが、これに限られるものではない。車両１００のヨーレートω_Ｃは、ロバスト制御手法を用いて算出すれば良い。ロバスト制御手法には、スライディングモード制御手法の他、Ｈ無限大制御手法、ＬＭＩ（Ｌｉｎｅａｒ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｅｑｕａｌｉｔｙ、線形行列不等式）、および、逆最適制御手法を利用する手法等が含まれる。

【0075】

また、上記実施の形態では、車両１００が車輪を備える場合について説明したが、無限軌道を備えていても構わない。この場合は、指令値は、無限軌道の回転数を示す値となる。無限軌道を備える車両では、左右２つの無限軌道の回転数を異ならせることで、車両の方向を変化させることができる。駆動部２０は、指令値に応じた回転数で無限軌道を駆動する。なお、車輪および無限軌道の両方を備える車両の場合、車輪により車両の方向を決定する場合には、舵角δをＰＩＤ制御手法により算出し、無限軌道により車両の方向を決定する場合には、無限軌道の回転数を示す値をＰＩＤ制御手法により算出する。

【0076】

また、本発明は、車両の制御方法に含まれるステップを、コンピュータに実行させるためのプログラムとして実現できる。さらに、本発明は、そのプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等の非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体として実現できる。

【0077】

例えば、本発明が、プログラム（ソフトウェア）で実現される場合には、コンピュータのＣＰＵ、メモリおよび入出力回路等のハードウェア資源を利用してプログラムが実行されることによって、本発明の各機能要素が実現される。つまり、ＣＰＵが処理対象のデータをメモリまたは入出力回路等から取得してデータを演算したり、演算結果をメモリまたは入出力回路等に出力したりすることによって、各機能要素が実現される。

【0078】

また、車両の制御装置に含まれる複数の構成要素は、集積回路であるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）として実現されてもよい。これらの構成要素は、個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩまたはウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

【0079】

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、または、ＬＳＩ内部の回路セルの接続および設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。

【0080】

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて、電池検査システムまたは導電率分布導出装置に含まれる構成要素の集積回路化を行ってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0081】

本発明に係る車両の制御装置および制御方法は、自律走行する車両に適用可能である。特に、農作業車あるいは除雪車など、不安定な地面（柔らかい土壌、積雪のある道路等）を走行する車両に有用である。

【符号の説明】

【0082】

１ 制御装置
１０ 演算処理部
１１ 通信部
１２ 指令値算出部
１３ 回転角速度算出部
２０ 駆動部
３０ 第一測定部
４０ 第二測定部
１００ 車両
２００ 参照車両
１１１、１１２ 前輪
１１３、１１４ 後輪

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】