特開 2024-69851 移動体の制御システム、制御プログラム、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】P2024069851

(43)【公開日】2024-05-22

(54)【発明の名称】移動体の制御システム、制御プログラム、制御方法

(51)【国際特許分類】

   B60W 30/165 20200101AFI20240515BHJP

   B62D 6/00 20060101ALI20240515BHJP

【ＦＩ】

B60W30/165

B62D6/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022180100

(22)【出願日】2022-11-10

(71)【出願人】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】中野 公彦

(72)【発明者】

【氏名】熊崎 亘平

【テーマコード（参考）】

3D232

3D241

【Ｆターム（参考）】

3D232CC33

3D232DA27

3D232DA77

3D232DA84

3D232DA86

3D232DC38

3D232DD08

3D232DD14

3D232EA01

3D232EB04

3D232GG01

3D241BA01

3D241CC08

3D241CC17

3D241CE03

3D241CE05

3D241CE09

3D241DA55Z

3D241DB07Z

3D241DC06Z

3D241DC35Z

(57)【要約】

【課題】より適切に移動体を制御することが可能な制御システムを提供する。
【解決手段】制御システム４０は、自動運転制御部６４０と、制御信号調整部６４１と、を備える。自動運転制御部６４０は、ステアリング装置６３を駆動させるための操舵角信号を生成する。制御信号調整部６４１は、ステアリング装置６３の駆動に基づく車両６０の横位置と、ステアリング装置５３の駆動に基づく車両５０の横位置との誤差に基づいて適応パラメータを設定するとともに、適応パラメータに基づいて操舵角信号を調整することにより追従操舵角信号を設定する。ステアリング装置５３は、追従操舵角信号に基づいて制御される。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の移動体を制御するための制御信号を生成する制御信号生成部と、
前記所定の移動体の挙動と、制御対象の移動体の挙動との誤差に基づいて適応パラメータを設定するとともに、前記適応パラメータに基づいて前記制御信号を調整することにより調整後制御信号を設定する制御信号調整部と、を備え、
前記制御対象の移動体は、前記調整後制御信号に基づいて制御される
移動体の制御システム。

【請求項2】

前記制御信号調整部は、前記調整後制御信号に対して所定の演算を行うことにより得られる演算値と前記誤差とに基づいて前記適応パラメータを設定する
請求項１に記載の移動体の制御システム。

【請求項3】

前記制御信号調整部は、前記制御対象の移動体の挙動を示す物理量に対して所定の演算を行うことにより得られる演算値と前記誤差とに基づいて前記適応パラメータを設定する
請求項１に記載の移動体の制御システム。

【請求項4】

前記制御信号調整部は、前記制御対象の移動体の挙動を示す物理量と前記誤差とに基づいて前記適応パラメータを設定する
請求項１に記載の移動体の制御システム。

【請求項5】

前記制御信号調整部は、前記制御信号と前記誤差とに基づいて前記適応パラメータを設定する
請求項１に記載の移動体の制御システム。

【請求項6】

前記制御信号調整部は、前記適応パラメータの時間微分値に基づいて前記調整後制御信号を設定する
請求項１に記載の移動体の制御システム。

【請求項7】

前記所定の移動体は、第１車両であり、
前記制御対象の移動体は、前記第１車両とは別の第２車両である
請求項１に記載の移動体の制御システム。

【請求項8】

前記制御信号は、前記第１車両に設けられる第１ステアリング装置を制御するための制御信号であり、
前記調整後制御信号は、前記第２車両に設けられる第２ステアリング装置を制御するための制御信号であり、
前記制御信号調整部は、
前記制御対象の移動体の挙動として、前記第２車両が所定の車線内を走行している際の前記車線内の前記第２車両の横位置を用いるとともに、
前記所定の移動体の挙動として、前記第１車両が前記車線内を走行している際の前記車線内の前記第１車両の横位置を用いる
請求項７に記載の移動体の制御システム。

【請求項9】

前記制御信号調整部は、前記第１車両に設けられ、
前記第１車両に設けられ、前記調整後制御信号を前記第２車両に送信する送信部を更に備え、
前記第２ステアリング装置は、前記送信部により前記第２車両に送信される前記調整後制御信号に基づいて制御される
請求項８に記載の移動体の制御システム。

【請求項10】

前記制御信号生成部を第１制御信号生成部とし、前記制御信号を第１制御信号とするとき、
前記第２車両に設けられ、前記第２ステアリング装置を駆動させるための第２制御信号を生成する第２制御信号生成部と、
前記第２車両に設けられ、前記第２車両の異常を検出する異常検出部と、
前記異常検出部により前記第２車両の異常が検出された際に、前記第２ステアリング装置に入力する信号を前記第２制御信号から前記調整後制御信号に切り換える制御切替部と、を備える
請求項９に記載の移動体の制御システム。

【請求項11】

前記所定の移動体は、前記所定の車両がモデル化された車両モデルであり、
前記制御対象の移動体は、実際の車両であり、
前記車両モデルは、前記実際の車両に設けられる記憶部に記憶されており、前記制御信号を入力信号として前記車両モデルの挙動を出力する
請求項１に記載の移動体の制御システム。

【請求項12】

コンピュータを、
所定の移動体を制御するための制御信号を生成する制御信号生成部と、
前記所定の移動体の挙動と、制御対象の移動体の挙動との誤差に基づいて適応パラメータを設定するとともに、前記適応パラメータに基づいて前記制御信号を調整することにより調整後制御信号を設定する制御信号調整部と、として機能させ、
前記調整後制御信号により前記制御対象の移動体を制御する
移動体の制御プログラム。

【請求項13】

所定の移動体を制御するための制御信号を生成し、
前記所定の移動体の挙動と、制御対象の移動体の挙動との誤差に基づいて適応パラメータを設定するとともに、前記適応パラメータに基づいて前記制御信号を調整することにより調整後制御信号を設定し、
前記調整後制御信号により前記制御対象の移動体を制御する
移動体の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体の制御システム、制御プログラム、及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、下記の特許文献１に記載の車両の制御装置がある。この制御装置は、ステアリングホイールの操作量をセンサにより検出するとともに、検出された操作量に基づいてアクチュエータを駆動させることにより車輪の舵角を変化させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－２４１８５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されるような制御装置では、通常、センサにより検出されるステアリングホイールの操作量と所定の制御パラメータとに基づいてアクチュエータの制御量が演算されるとともに、演算された制御量に基づいてアクチュエータが制御される。制御パラメータは、望んだ操舵性が得られるように例えば車種ごとに調整される。しかしながら、適切な制御パラメータを取得するためには長時間のテスト走行等を行う必要があるため、手間がかかる。また、センサに異常が生じたような場合にはアクチュエータの制御量が適切に設定されなくなるため、この場合にもその状況に応じた制御パラメータが必要になるが、そのような制御パラメータを取得することは困難である。

【0005】

なお、このような課題は、車両に限らず、任意の移動体にも同様に発生し得る。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より適切に移動体を制御することが可能な制御システム、制御プログラム、及び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】

【0006】

本実施形態の一態様による移動体の制御システムは、制御信号生成部と、制御信号調整部と、を備える。制御信号生成部は、所定の移動体を制御するための制御信号を生成する。制御信号調整部は、所定の移動体の挙動と、制御対象の移動体の挙動との誤差に基づいて適応パラメータを設定するとともに、適応パラメータに基づいて制御信号を調整することにより調整後制御信号を設定する。制御対象の移動体は、調整後制御信号に基づいて制御される。

【0007】

この構成によれば、調整後制御信号に基づいて制御対象の移動体が制御されることにより、制御対象の移動体の挙動と所定の移動体の挙動との誤差を小さくすることができる。したがって、制御対象の移動体の挙動を所定の移動体の挙動に追従させることができるため、より適切に制御対象の移動体を制御することが可能である。

【0008】

上記の移動体の制御システムにおいて、制御信号調整部は、調整後制御信号に対して所定の演算を行うことにより得られる演算値と誤差とに基づいて適応パラメータを設定することができる。
上記の移動体の制御システムにおいて、制御信号調整部は、制御対象の移動体の挙動を示す物理量に対して所定の演算を行うことにより得られる演算値と誤差とに基づいて適応パラメータを設定することができる。

【0009】

上記の移動体の制御システムにおいて、制御信号調整部は、制御対象の移動体の挙動を示す物理量と誤差とに基づいて適応パラメータを設定することができる。
上記の移動体の制御システムにおいて、制御信号調整部は、制御信号と誤差とに基づいて適応パラメータを設定することができる。

【0010】

上記の移動体の制御システムにおいて、制御信号調整部は、適応パラメータの時間微分値に基づいて調整後制御信号を設定することができる。
上記の移動体の制御システムにおいて、所定の移動体を、第１車両とし、制御対象の移動体を、第１車両とは別の第２車両とすることができる。

【0011】

上記の移動体の制御システムにおいて、制御信号は、第１車両に設けられる第１ステアリング装置を制御するための制御信号であり、調整後制御信号は、第２車両に設けられる第２ステアリング装置を制御するための制御信号であり、制御信号調整部は、制御対象の移動体の挙動として、第２車両が所定の車線内を走行している際の車線内の第２車両の横位置を用いるとともに、所定の移動体の挙動として、第１車両が車線内を走行している際の車線内の第１車両の横位置を用いることができる。

【0012】

上記の移動体の制御システムにおいて、制御信号調整部は、第１車両に設けられ、第１車両に設けられ、調整後制御信号を第２車両に送信する送信部を更に備え、第２ステアリング装置は、送信部により第２車両に送信される調整後制御信号に基づいて制御されることができる。

【0013】

上記の移動体の制御システムにおいて、制御信号生成部を第１制御信号生成部とし、制御信号を第１制御信号とするとき、第２車両に設けられ、第２ステアリング装置を駆動させるための第２制御信号を生成する第２制御信号生成部と、第２車両に設けられ、第２車両の異常を検出する異常検出部と、異常検出部により第２車両の異常が検出された際に、第２ステアリング装置に入力する信号を第２制御信号から調整後制御信号に切り換える制御切替部と、を備えることができる。

【0014】

上記の移動体の制御システムにおいて、所定の移動体は、所定の車両がモデル化された車両モデルであり、制御対象の移動体は、実際の車両であり、車両モデルは、実際の車両に設けられる記憶部に記憶されており、制御信号を入力信号として車両モデルの挙動を出力する。
本実施形態の他の一態様による移動体の制御プログラムは、コンピュータを、所定の移動体を制御するための制御信号を生成する制御信号生成部と、所定の移動体の挙動と、制御対象の移動体の挙動との誤差に基づいて適応パラメータを設定するとともに、適応パラメータに基づいて制御信号を調整することにより調整後制御信号を設定する制御信号調整部と、として機能させ、調整後制御信号により制御対象の移動体を制御する。

【0015】

本実施形態の他の一態様による移動体の制御方法は、所定の移動体を制御するための制御信号を生成し、所定の移動体の挙動と、制御対象の移動体の挙動との誤差に基づいて適応パラメータを設定するとともに、適応パラメータに基づいて制御信号を調整することにより調整後制御信号を設定し、調整後制御信号により制御対象の移動体を制御する。

【発明の効果】

【0016】

本発明の制御システム、制御プログラム、及び制御方法によれば、より適切に移動体を制御することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】等価二輪モデルの概略構成を示す。

【図2】ＭＲＡＣの制御系の概略構成の一例をブロック線図。

【図3】車両モデルの一例を模試的に示す図。

【図4】ＭＲＡＣの制御系の概略構成の一例をブロック線図。

【図5】第１実施形態の制御システムの概略構成を示すブロック線図。

【図6】第１実施形態の制御システムにおけるＭＲＡＣに関連する構成を示すブロック線図。

【図7】第１実施形態のシミュレーションに用いられた車両パラメータを示す図表。

【図8】第１実施形態のシミュレーションにおける先導車両の走行経路を示す図。

【図9】（Ａ）は、第１実施形態のシミュレーションにおける追従車両の走行経路を示す図。（Ｂ）は、参考例のシミュレーションにおける追従車両の走行経路を示す図。

【図10】第２実施形態のシミュレーションに用いられた車両パラメータを示す図表。

【図11】第２実施形態のシミュレーションの結果を示す図表。

【図12】他の実施形態の制御システムの概略構成を示すブロック線図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、移動体の制御システム、制御プログラム、及び制御方法の実施形態について説明するに先立ち、実施形態の制御システム等に用いられるモデル規範型適応制御（ＭＲＡＣ：Model Reference Adaptive Controller）の原理について説明する。
＜原理の説明＞
（車両モデル）
移動体として４輪の車両を用いる場合、当該車両を、図１に示されるような等価二輪モデルでモデル化する。図１に示されるモデル化された車両１０では、前輪１１が操舵輪であり、後輪１２が駆動輪であるとする。

【0019】

なお、図１において、「δ」は車両１０の操舵角であり、「Ｖ」は車両１０の速度であり、「ｖ_ｘ」は車両１０の縦方向の速度であり、「ｖ_ｙ」は車両１０の横方向の速度であり、ドット付きの「φ」は車両１０の重心点Ｇ周りのヨーレートであり、「ｌ_ｆ」は前輪軸から重心点Ｇまでの距離であり、「ｌ_ｒ」は後輪軸から重心点Ｇまでの距離である。

【0020】

また、図１には、車両１０の理想的な走行経路が実線Ｒ_ｉで示され、理想的な走行経路Ｒ_ｉと車両１０との間の最短の横方向の距離が「ｙ_ｅ」で示され、理想的な走行経路Ｒ_ｉの方向Ｄ_ｉと車両１０の進行方向Ｄ_ｃとの差が「φ_ｅ」で示されている。「φ_ｅ」はヘディングエラーと称されるものである。なお、図１において、仮想線Ｄ_ｉａは、理想的な走行経路Ｒ_ｉの方向Ｄ_ｉに平行な線を示している。

【0021】

図１に示されるモデルでは、操舵角δが十分に小さいと仮定すると、操舵角δのみを入力とする車両１０の横方向の運動は下記の式ｆ１のように表すことができる。なお、式ｆ１において、「ｔ」は時間を示す。

【0022】

【数1】

なお、式ｆ１においてＡ、Ｂ、ｕ（ｔ）、及びｘは以下の式ｆ２，ｆ３に示されるように定義されている。

【0023】

【数2】

また、式ｆ２，ｆ３において、ａ_１１、ａ_１２、ａ_２１、ａ_２２、ｂ_１、及びｂ_２は以下の式ｆ４～ｆ８に示されるように定義されている。なお、式ｆ４～ｆ８において、「ｍ」は車体質量であり、「Ｃ_αｆ」は前輪１１のコーナリングスティフネスであり、「Ｃ_αｒ」は後輪１２のコーナリングスティフネスであり、「Ｉ_ｚ」は、図１に示されるｚ軸周りの車両１０のイナーシャ、換言すれば地面に垂直な方向の軸周りの車両１０のイナーシャを示す。

【0024】

【数3】

（ＭＲＡＣ）
一方、本実施形態では、所定の制御対象の応答を、望ましい応答（規範モデルの応答）に追従するように制御パラメータを調整するための制御として、適応制御の一つであるＭＡＲＣを用いる。図２は、Lyapunovの安定性理論に基づくＭＲＡＣの制御系２０の構成を示すブロック線図である。

【0025】

なお、図２において、「ｒ」は参照入力であり、「Ｗ_ｐ」は制御対象であり、「ｕ」は制御対象Ｗ_ｐの入力であり、「ｙ_ｐ」は制御対象Ｗ_ｐの出力である。また、「Λ」は、安定な（ｎ－１）×（ｎ－１）の行列であり、「ｌ」は（ｎ－１）次元のベクトルであり、（Λ，ｌ）は制御可能であるとする。ただし、「ｎ」はシステム状態の次元である。さらに、「ω_１」は、ｕ（ｔ）及び（Λ，ｌ）から演算されるパラメータであり、「ω_２」は、ｙ_ｐ（ｔ）及び（Λ，ｌ）から演算されるパラメータである。

【0026】

また、「θ_１ ^Ｔ」、「θ_２ ^Ｔ」、「θ_３」、「ｋ」は、適応の過程で調整されるパラメータである。以下では、これらのパラメータを、以下の式ｆ９で定義される適応パラメータθで表記することもある。

【0027】

【数4】

図２に示される制御系２０では、図中に破線で囲われる部分がＭＲＡＣの演算を行う機構２１である。すなわち、ＭＲＡＣ機構２１は、制御対象Ｗ_ｐの出力ｙ_ｐを入力として用いる。また、ＭＲＡＣ機構２１の出力は制御対象Ｗ_ｐの入力ｕである。このＭＲＡＣ機構２１の出力を「ｕ（ｔ）」とすると、出力ｕ（ｔ）は以下の式ｆ１０～ｆ１３で表すことができる。

【0028】

【数5】

このＭＲＡＣ機構２１の出力ｕ（ｔ）を用いて、制御対象Ｗ_ｐの状態方程式を以下の式ｆ１４，ｆ１５に示されるように表すことができる。

【0029】

【数6】

このとき、ＭＲＡＣ機構２１と制御対象Ｗ_ｐとを組み合わせた状態方程式は以下の式ｆ１６～ｆ２０に示されるように表すことができる。

【0030】

【数7】

一方、制御対象が従うべきモデルを規範モデルとすると、当該規範モデルの状態方程式は参照入力ｒ（ｔ）を用いて以下の式ｆ２１，ｆ２２に示されるように表すことができる。なお、式ｆ２１，ｆ２２において、「ｙ_ｍ」は規範モデルの出力である。

【0031】

【数8】

このとき、制御対象Ｗ_ｐの出力ｙ_ｐと規範モデルの出力ｙ_ｍとの誤差を「ｅ（≡ｙ_ｐ－ｙ_ｍ）」とし、図２のＭＲＡＣ機構２１で用いられている適応パラメータθと適応パラメータの真値θ^＊との誤差を「チルダ付きのθ（＝θ－θ^＊）」とすると、上記の式ｆ１６～ｆ２２を用いて出力誤差ｅは以下の式ｆ２３，ｆ２４に示されるように表すことができる。なお、式ｆ２３，ｆ２４において、「ｓ」はラプラス演算子である。

【0032】

【数9】

ここで、出力誤差である「ｅ」及び適応パラメータ誤差である「チルダ付きのθ」を「０」に収束させることができれば、制御対象Ｗ_ｐの出力ｙ_ｐを規範モデルの出力ｙ_ｍに一致させることができる。そのために、本実施形態では、Lyapunovの安定理論に基づく手法を採用している。具体的には、出力誤差である「ｅ」及び適応パラメータ誤差である「チルダ付きのθ」に関するLyapunov関数を作成するとともに、その時間微分値を非正定値関数とする条件から適応則を導出する。

【0033】

まず、Lyapunov関数を以下の式ｆ２５に示されるように設定する。

【0034】

【数10】

式ｆ２５に示されるようにLyapunov関数を設定すると、上記の式ｆ２４に示されるＷ_ｃ（ｓ）が強正実性を有するとき、以下の式ｆ２６を満たすようなＰ_ｃが存在する。

【0035】

【数11】

このとき、以下の式ｆ２７を満たすような適応パラメータθの更新則は以下の式ｆ２８に示されるようになる。なお、式ｆ２８において、Γ＝Γ^－１は任意の適応則ゲイン行列である。

【0036】

【数12】

（車両モデルにおけるＭＲＡＣ）
次に、図３に示される制御システム４０に上記のＭＲＡＣを適用する場合を考える。図３に示されるように、この制御システム４０では、車両５０及び車両６０が同一車線Ｌ１を自動運転で走行している。車両６０は自動運転制御により車線Ｌ１の中央を自動走行している。車両６０は、車両５０の前方を走行しつつ車両５０と無線通信を行うことにより、同一の経路を走行するように車両５０を先導する。車両６０は、車両５０に制御信号を無線送信することにより車両５０の走行状態を制御する。なお、車両５０及び車両６０は同一且つ一定の速度で走行しているとする。したがって、車両６０は、制御信号として操舵角信号を車両５０に送信するだけで車両６０の走行状態を制御可能である。操舵角信号は操舵輪の舵角の目標値を示すものである。車両６０は、車両５０の横位置が車両６０の横位置と一致するような操舵角信号を車両５０に送信することで、同一の経路を走行するように車両５０を制御する。車両５０，６０の横位置は、車線Ｌ１の幅方向における車両５０，６０の位置である。以下では、便宜上、車両６０を「先導車両６０」と称し、車両５０を「追従車両５０」とも称する。

【0037】

この図３に示される制御システム４０と図２に示されるＭＲＡＣの制御系２０とを比較すると、追従車両５０が制御対象Ｗ_ｐに相当し、追従車両５０の操舵角信号が制御対象Ｗ_ｐの入力ｕに相当し、車線Ｌ１内の追従車両５０の横位置が制御対象Ｗ_ｐの出力ｙ_ｐに相当する。また、車線Ｌ１内の先導車両６０の横位置が規範モデルの出力ｙ_ｍに相当し、車線Ｌ１内の追従車両５０及び先導車両６０のそれぞれの横位置の誤差が出力誤差ｅに相当する。以下では、「ｕ」を追従車両５０の入力とも称し、「ｙ_ｐ」を追従車両５０の出力とも称し、「ｙ_ｍ」を先導車両６０の出力とも称する。

【0038】

このような場合、追従車両５０の出力ｙ_ｐは以下の式ｆ２９に示されるように表すことができる。なお、式ｆ２９において、「Ｃ」は、以下の式ｆ３０に示される観測行列である。

【0039】

【数13】

一方、式ｆ２９，ｆ３０に示されるように追従車両５０の出力ｙ_ｐが表される場合、上記の式ｆ２３に示される誤差関数の伝達関数の相対次数は「２」となり、強正実性を満たさない。そのため、正規化法と呼ばれる手法を用いて伝達関数が強正実性を有するように、誤差の伝達関数として、以下の式ｆ３１に示されるような伝達関数Ｗ（ｓ）を用いる。

【0040】

【数14】

この伝達関数Ｗ（ｓ）を用いることにより、上記の式ｆ２３を以下の式ｆ３２のように変形することができる。

【0041】

【数15】

このとき、上記の式ｆ２８に示される適応パラメータθの更新則は以下の式ｆ３３，ｆ３４に示されるようになる。

【0042】

【数16】

適応パラメータθの更新則が式ｆ３３，ｆ３４に示されるように表される場合、追従車両５０の入力ｕは以下の式ｆ３５に示されるようになる。

【0043】

【数17】

図４は、図２に示されるＭＲＡＣの制御系２０を式ｆ３５に基づいて変形したブロック線図である。図４に示されるＭＲＡＣの制御系２０を用いることにより、図３に示される制御システム４０に対応した適応パラメータθを得ることが可能である。
＜実施形態＞
以下、上記の原理を利用した制御システム、制御プログラム、及び制御方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

【0044】

（制御システムの概要）
本実施形態の制御システムの基本的な構成は、図３に示される制御システム４０と同様であるため、符号等に関しては、図３に示されるものをそのまま用いる。

【0045】

図５は、制御システム４０の具体的な構成を示すブロック図である。
図５に示されるように、車両５０は、周辺監視センサ５１と、通信装置５２と、ステアリング装置５３と、制御装置５４とを備えている。本実施形態では、車両５０が制御対象の移動体、及び第１車両とは別の第２車両に相当する。

【0046】

周辺監視センサ５１は、車両５０を自動走行させるために必要な車両５０の周辺情報を取得する。例えば、周辺監視センサ５１は、車両５０が走行している車線Ｌ１の情報や、車両５０の周辺を走行している他車両の情報、及び信号機の情報等を検出する。また、周辺監視センサ５１は、車両５０が走行している車線Ｌ１内における車両５０の横位置、例えば車線Ｌ１の中心線に対する車両５０の相対的な横位置を検出する。周辺監視センサ５１は、例えばカメラやミリ波レーダ装置のそれぞれ、あるいはそれらの組み合わせにより構成されている。

【0047】

通信装置５２は、車両６０と無線通信を行うことが可能な装置である。通信装置５２が車両６０と通信を行う方法としては、例えばネットワーク回線を利用した無線通信や、近距離無線通信等を用いることができる。通信装置５２は、例えば車両６０から車両５０に送信される追従操舵角信号を受信する。追従操舵角信号は、車両５０を車両６０に追従するように走行させるために車両６０から車両５０に送信される信号であって、操舵輪の舵角の目標値を示すものである。通信装置５２は、受信した追従操舵角信号を制御装置５４に送信する。本実施形態では、追従操舵角信号が調整後制御信号に相当する。

【0048】

ステアリング装置５３は、例えばモータの動力をラック軸に付与することにより、ラック軸の両端にそれぞれ連結される操舵輪の舵角を変化させる装置である。本実施形態では、ステアリング装置５３が第２ステアリング装置及び第２アクチュエータに相当する。
制御装置５４は車両５０の自動運転を制御する装置である。制御装置５４は、ＣＰＵ等のプロセッサや、不揮発性メモリ等の記憶装置を有している。制御装置５４は、その記憶装置に記憶されるプログラムを実行することにより実現される機能的な構成として、自動運転制御部５４０を備えている。

【0049】

自動運転制御部５４０は車両５０のステアリング装置５３や制動装置等を制御することにより車両５０の自動運転を制御する。例えば、自動運転制御部５４０は、周辺監視センサ５１により検出される車両５０の横位置に基づいて操舵角信号を生成するとともに、生成された操舵角信号をステアリング装置５３に送信することによりステアリング装置５３を自動的に制御する。本実施形態では、自動運転制御部５４０が第２制御信号生成部に相当し、自動運転制御部５４０により生成される操舵角信号が第２制御信号に相当する。

【0050】

ところで、このような構成を有する車両５０では、例えば周辺監視センサ５１に何らかの異常が生じると、適切な操舵角信号を自動運転制御部５４０が生成することができない可能性がある。そのため、車両５０の自動運転を正常に実行することができなくなるおそれがある。そこで、本実施形態の車両５０では、周辺監視センサ５１に異常が生じた場合には、車両６０から車両５０に追従操舵角信号を送信するとともに、この追従操舵角信号に基づいてステアリング装置５３を制御することにより、車両５０を車両６０に追従させるように車両５０の操舵輪の舵角を変化させる。これを実現するために、制御装置５４は、その記憶装置に記憶されるプログラムを実行することにより実現される機能的な構成として、異常検出部５４１と、制御切替部５４２とを更に備えている。

【0051】

異常検出部５４１は、車両に搭載される各種センサの状態を監視している。異常検出部５４１により監視されるセンサには周辺監視センサ５１が含まれている。異常検出部５４１は、周辺監視センサ５１に異常が生じた場合には、その旨を制御切替部５４２に通知する。

【0052】

制御切替部５４２は、異常検出部５４１により周辺監視センサ５１の異常が検出された際に、ステアリング装置５３の入力信号を、自動運転制御部５４０により生成される操舵角信号から、通信装置５２により受信される追従操舵角信号に切り換える。
車両６０は車両５０と略同一の構成を備えている。すなわち、車両６０は、周辺監視センサ６１と、通信装置６２と、ステアリング装置６３と、制御装置６４とを備えている。なお、それらの各要素の構成は、車両５０に搭載される各要素の構成と同一又は類似であるため、以下では車両５０との相違点を中心に説明する。本実施形態では、車両６０が第１車両及び所定の移動体に相当する。また、ステアリング装置６３が第１ステアリング装置及び第１アクチュエータに相当する。さらに、通信装置６２が送信部に相当する。

【0053】

周辺監視センサ６１は、車線Ｌ１内における車両６０の横位置を検出する。また、周辺監視センサ６１は、車両６０に追従するように走行する車両５０の位置、具体的には車線Ｌ１内における追従車両５０の横位置を検出する。
制御装置６４は、その記憶装置に記憶されるプログラムを実行することにより実現される機能的な構成として、自動運転制御部６４０と、制御信号調整部６４１とを備えている。本実施形態では、制御装置６４がコンピュータに相当する。

【0054】

自動運転制御部６４０は車両６０のステアリング装置６３や制動装置等を制御することにより車両６０の自動運転を制御する。例えば、自動運転制御部６４０は、周辺監視センサ６１により検出される車両６０の横位置に基づいて操舵角信号を生成するとともに、生成された操舵角信号をステアリング装置６３に送信することによりステアリング装置６３を自動的に制御する。本実施形態では、自動運転制御部６４０が第１制御信号生成部に相当し，自動運転制御部６４０により生成される操舵角信号が第１制御信号に相当する。

【0055】

制御信号調整部６４１は、周辺監視センサ６１により検出される追従車両５０の横位置に基づいて追従操舵角信号を生成するとともに、生成された追従操舵角信号を、通信装置６２を介して追従車両５０に送信する。その際、制御信号調整部６４１は、上記のＭＲＡＣの原理を利用することにより、追従車両５０が先導車両６０に追従することが可能な追従操舵角信号を生成する。

【0056】

具体的には、図６に示されるように、制御信号調整部６４１は、コントローラ部７０と、誤差演算部７１と、適応部７２とを備えている。
なお、図６に示される制御システム４０では、自動運転制御部６４０により演算される操舵角信号が、ＭＲＡＣにおける参照入力ｒに相当する。また、先導車両６０の横位置が、ＭＲＡＣにおける規範モデルの出力ｙ_ｍに相当する。さらに、追従車両５０の横位置が、ＭＲＡＣにおける制御対象Ｗ_ｐの出力ｙ_ｐに相当する。そのため、以下では、自動運転制御部６４０により演算される操舵角信号を「ｒ」で表し、先導車両６０の横位置を「ｙ_ｍ」で表し、追従車両５０の横位置を「ｙ_ｐ」で表す。

【0057】

誤差演算部７１は、周辺監視センサ６１により検出される先導車両６０の横位置ｙ_ｍと追従車両５０の横位置ｙ_ｐとの誤差を演算する。この誤差は、ＭＲＡＣにおける出力誤差ｅに相当する。そのため、以下では、誤差演算部７１により演算される出力誤差を「ｅ」で表す。

【0058】

コントローラ部７０は、自動運転制御部６４０により演算される操舵角信号ｒと、適応部７２により演算される適応パラメータθとに基づいて追従操舵角信号を生成する。コントローラ部７０により演算される追従操舵信号は、ＭＲＡＣにおける制御対象の入力ｕに相当する。そのため、以下では、コントローラ部７０により演算される追従操舵信号を「ｕ」で表す。コントローラ部７０は、操舵角信号ｒと、前回の追従操舵角信号ｕと、前回の追従操舵角信号ｕに対応した追従車両５０の横位置ｙ_ｐとから上記の式ｆ１１～ｆ１３に準じた演算を行うことによりωを求める。また、コントローラ部７０は、演算されたωと、適応部７２により演算される適応パラメータθと、誤差演算部７１により演算される出力誤差ｅとから上記の式ｆ３３～ｆ３５に準じた演算を行うことにより追従操舵角信号ｕを演算する。コントローラ部７０は、演算された追従操舵角信号ｕを追従車両５０に送信する。

【0059】

適応部７２は、誤差演算部７１により演算される出力誤差ｅに基づいて適応パラメータθを演算する。具体的には、適応部７２は、操舵角信号ｒと、前回の追従操舵角信号ｕと、前回の追従操舵角信号ｕに対応した追従車両５０の横位置ｙ_ｐとから上記の式ｆ１１～ｆ１３に準じた演算を行うことによりωを求める。また、適応部７２は、演算されたωと、出力誤差ｅとから上記の式ｆ３３，ｆ３４に準じた演算を行うことにより適応パラメータθを更新する。

【0060】

この制御システム４０では適応パラメータの初期値θ_０が予め設定されている。適応部７２は、コントローラ部７０により追従操舵角信号ｕが生成される都度、適応パラメータθを更新する処理を実行する。この処理が逐次実行されることにより、出力誤差ｅが「０」に収束、すなわち適応パラメータθが、その真値θ^＊に収束する。結果的に、追従車両５０の横位置ｙ_ｐが先導車両６０の横位置ｙ_ｍに一致するようになる。

【0061】

（実験例）
次に、図５及び図６の制御システム４０を用いて発明者により行われたシミュレーションの結果について説明する。
シミュレーションでは、先導車両６０及び追従車両５０のそれぞれの車両質量ｍ、前輪軸から重心点Ｇまでの距離ｌ_ｆ、後輪軸から重心点Ｇまでの距離ｌ_ｒ、前輪のコーナリングスティフネスＣ_αｆ、後輪のコーナリングスティフネスＣ_αｒ、及びイナーシャＩ_ｚを図７に示されるように設定した。

【0062】

また、シミュレーションでは、先導車両６０の動作を式ｆ２１，ｆ２２に基づいて実現した。式ｆ２１，ｆ２２におけるパラメータＡ_ｍ，Ｂ_ｍは、図７に示される先導車両６０のパラメータから上記の式ｆ２～ｆ８に基づいて設定した。
同様に、シミュレーションでは、追従車両５０の動作を式ｆ１４，ｆ１５に基づいて実現した。式ｆ１４，ｆ１５におけるパラメータＡ_ｐ，Ｂ_ｐは、図７に示される追従車両５０のパラメータから上記の式ｆ２～ｆ８に基づいて設定した。

【0063】

シミュレーションでは、先導車両６０に対して所定の操舵角信号ｒを付与することにより、先導車両６０の走行経路を、図８に実線Ｒ１０で示されるような経路、すなわち車線Ｌ１の中央を走行する経路に設定した。この先導車両６０の走行経路に対して、図５及び図６に示される制御システム４０を用いて追従車両５０の走行状態をシミュレーションにより求めた。

【0064】

図９（Ａ）は、シミュレーションにより得られた追従車両５０の走行経路を実線Ｒ１１で示したものである。また、図９（Ｂ）は、上記のＭＲＡＣを用いていない制御システムで追従車両５０の走行経路をシミュレーションした場合の結果を実線Ｒ１２で示したものである。図９（Ｂ）に示されるように、上記のＭＲＡＣを用いていない制御システムでは、追従車両５０が蛇行して走行する傾向が見られた。これに対して、上記のＭＲＡＣを用いた本実施形態の制御システム４０を用いた場合には、図９（Ａ）に示されるように、追従車両５０の走行経路に関しては、適応パラメータθが収束するまでに若干蛇行する状態が見られたものの、適応パラメータθが一旦収束した後は、先導車両６０の走行経路に対する良好な追従性を得ることができた。

【0065】

（作用及び効果）
以上説明した本実施形態の制御システム４０によれば、以下の作用及び効果を得ることができる。
図５に示されるように、制御システム４０では、追従車両５０にステアリング装置５３が設けられている。ステアリング装置５３は追従車両５０の横位置を変化させる。先導車両６０にはステアリング装置６３、自動運転制御部６４０、及び制御信号調整部６４１が設けられている。ステアリング装置６３は先導車両６０の横位置を変化させる。自動運転制御部６４０は、ステアリング装置６３を駆動させるための操舵角信号ｒを生成する。制御信号調整部６４１は、追従車両５０の横位置ｙ_ｐと先導車両６０の横位置ｙ_ｍとの誤差ｅに基づいて適応パラメータθを設定するとともに、適応パラメータθに基づいて操舵角信号ｒを調整することにより追従操舵角信号ｕを生成する。追従車両５０のステアリング装置５３は追従操舵角信号ｕに基づいて制御される。

【0066】

この構成によれば、追従操舵角信号ｕに基づいて追従車両５０のステアリング装置５３が制御されることにより、追従車両５０の横位置と先導車両６０の横位置との誤差を小さくすることができる。すなわち、追従車両５０の横位置を先導車両６０の横位置に追従させることができるため、より適切に追従車両５０を制御することが可能である。

【0067】

制御信号調整部６４１は、上記の式ｆ３３に基づいて適応パラメータθを設定する。具体的には、制御信号調整部６４１は、追従操舵角信号ｕに対して上記の式ｆ１１に準じた演算を行うことによりω_１を演算するとともに、この演算値ω_１と誤差ｅとに基づいて適応パラメータθ_１を設定する。また、制御信号調整部６４１は、追従車両５０の横位置ｙ_ｐに対して上記の式ｆ１２に準じた演算を行うことによりω_２を演算するとともに、この演算値ω_２と誤差ｅとに基づいて適応パラメータθ_２を設定する。さらに、制御信号調整部６４１は、追従車両５０の横位置ｙ_ｐと誤差ｅとに基づいて適応パラメータθ_３を設定する。また、制御信号調整部６４１は、操舵角信号ｒと誤差ｅとに基づいて適応パラメータｋを設定する。

【0068】

この構成によれば、適応パラメータθを容易に設定することができる。
制御信号調整部６４１は、上記の式ｆ３５に示されるように、適応パラメータθの時間微分値に基づいて追従操舵角信号ｕを設定する。

【0069】

この構成によれば、出力誤差である「ｅ」及び適応パラメータ誤差である「チルダ付きのθ」を収束させることができるため、より的確に適応パラメータθを設定することが可能となる。
追従車両５０には自動運転制御部５４０、異常検出部５４１、及び制御切替部５４２が設けられている。自動運転制御部５４０は、追従車両５０のステアリング装置５３を駆動させるための操舵角信号を生成する。異常検出部５４１は、追従車両５０の異常、具体的には周辺監視センサ６１の異常を検出する。制御切替部５４２は、異常検出部５４１により周辺監視センサ６１の異常が検出された際に、ステアリング装置５３に入力する信号を、自動運転制御部５４０により生成される操舵角信号から、先導車両６０から追従車両５０に送信される追従操舵角信号に切り換える。

【0070】

この構成によれば、追従車両５０の周辺監視センサ６１に異常が発生することにより追従車両５０が周辺監視機能を喪失した場合であっても、追従車両５０の走行を維持することができる。また、追従車両５０に代わって先導車両６０が周辺監視及び制御を行うことにより、追従車両５０を安全な場所、例えば高速道路であればパーキングエリアやサービスエリアへ導くことが可能である。このように、本実施形態の構成であれば、先導車両６０による追従車両５０のリモートコントロール及び電子的牽引が可能となる。

【0071】

＜第２実施形態＞
次に、制御システム４０の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態の制御システム４０との相違点を中心に説明する。
図４に示される制御系２０では、制御対象Ｗ_ｐの入力ｕに制限が設けられていない。ただし、第１実施形態の制御システム４０のように制御対象Ｗ_ｐの入力ｕとして操舵角信号が用いられている場合、ステアリング装置の操舵角に上限値及び下限値が存在することから、制御対象Ｗ_ｐの入力ｕに制限を設ける必要がある。本実施形態では、このように制御対象Ｗ_ｐの入力ｕに制限が設けられている場合の適応パラメータθの設定方法について説明する。

【0072】

まず、制御対象Ｗ_ｐの入力ｕの範囲が以下の式ｆ３６に示されるように制限されているとする。なお、式ｆ３６において、「ｕ_ｍａｘ」は所定の正の値に設定されている。

【0073】

【数18】

このとき、上記の式ｆ３３は、以下の式ｆ３７～ｆ４３に示されるように変形することができる。

【0074】

【数19】

上記の式ｆ３７を用いて適応パラメータθを更新すれば制御対象Ｗ_ｐの入力ｕを上記の式ｆ３６に示されるように制限することが可能である。
次に、上記の式ｆ３７を用いて適応パラメータθを更新した場合のシミュレーション結果について説明する。

【0075】

シミュレーションでは、先導車両６０及び追従車両５０のそれぞれのパラメータを図７に示されるように設定した。また、先導車両６０及び追従車両５０の車速Ｖ、適応則ゲインΓ、及び追従操舵角信号の制限値ｕ_ｍａｘを図１０に示されるように設定した。この条件でシミュレーションを行ったところ、図１１に示されるような結果が得られた。

【0076】

図１１では、本実施形態の制御システム４０における追従車両５０の走行経路が実線で示されるとともに、ＭＲＡＣを用いていない制御システムにおける追従車両５０の走行経路が一点鎖線で示されている。なお、図１１において破線は車線を示している。
図１１に示されるように、ＭＲＡＣを用いていない制御システムでは、時間の経過に伴って追従車両５０の横位置が発散し、結果として追従車両５０の横位置が車線から逸脱していることがわかる。これに対して、本実施形態の制御システム４０を用いた場合には、時間の経過に伴って追従車両５０の横位置が収束していることが分かる。本実施形態の構成を用いれば、先導車両６０の走行経路に対する良好な追従性を得ることが可能である。

【0077】

＜他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
上記実施形態では、先導車両６０及び追従車両５０のそれぞれの速度を一定として扱ったが、それらの速度が変動することを前提として制御を行ってもよい。

【0078】

上記実施形態では、先導車両６０及び追従車両５０のそれぞれの挙動を示す物理量として先導車両６０及び追従車両５０のそれぞれの横位置を用いたが、先導車両６０及び追従車両５０のそれぞれの挙動及びその物理量としては任意のものを用いることができる。例えば、先導車両６０及び追従車両５０のそれぞれの挙動を示す物理量として、先導車両６０及び追従車両５０のそれぞれの加速度及び減速度等を用いても良い。なお、この場合、車両５０、６０を加速及び減速させる動力装置、例えば内燃機関やモータージェネレータがアクチュエータに相当する。

【0079】

制御信号調整部６４１は追従車両５０に設けられていてもよい。この場合、先導車両６０は、追従車両５０の横位置、先導車両６０の横位置、自動運転制御部５４０により生成される操舵角信号等、追従操舵角信号の生成に必要な情報を追従車両５０に送信する。
上記実施形態の構成は、例えば車両の制御パラメータを設定する際に用いることも可能である。例えば、上記実施形態における先導車両６０を規範車両として、また追従車両５０を制御車両として用いた上で適応パラメータを設定した後、その適応パラメータを任意の制御車両に記憶させれば、規範車両と同一の挙動を示す制御車両を実現可能である。

【0080】

規範モデルの車両は、実際の車両に限らず、モデル化されて記憶装置に記憶されていてもよい。例えば、図１２に示されるように、車両５０の制御装置５４に設けられる記憶部５４４に車両モデル５４４ａが記憶されていてもよい。車両モデル５４４ａは、規範となる車両をモデル化したものであって、自動運転制御部５４０により生成される操舵角信号を入力信号として、規範となる車両モデル５４４ａの横位置の情報を出力する。また、車両５０の制御装置５４には制御信号調整部５４３が設けられている。制御信号調整部５４３は、図５に示される車両６０の制御信号調整部６４１と類似の機能を有する。具体的には、制御信号調整部５４３は、周辺監視センサ５１により検出される車両５０の横位置と、車両モデル５４４ａの横位置との誤差ｅに基づいて適応パラメータθを設定する。また、制御信号調整部５４３は、設定された適応パラメータθと、自動運転制御部５４０により生成される操舵角信号とに基づいて追従操舵角信号を生成するとともに、生成された追従操舵角信号に基づいてステアリング装置５３を制御する。このような構成によれば、図５に示される先導車両６０が不要となり、図１２に示されるような一台の車両５０だけで適応パラメータθの設定が可能となる。これにより、周辺監視センサ５１の故障の有無に関わらず、車両モデル５４４ａの挙動に合うように車両５０の挙動をチューニングすることが可能である。なお、この構成では、車両５０が制御対象の移動体及び実際の車両であり、車両モデル５４４ａが所定の移動体に相当する。

【0081】

なお、図１２に示される構成では、周辺監視センサ５１により検出される車両５０の横位置が、図６に示される制御対象の出力ｙ＿ｐに相当し、車両モデル５４４ａの横位置が、図６に示される規範モデルの出力ｙ＿ｍに相当する。例えば車線が延びる方向における車両の位置を縦位置とすると、車両５０が所定の縦位置に位置しているときにおける車両５０の横位置ｙ＿ｐは、周辺監視センサ５１により検出される車両５０の実際の位置と、その車両５０の実際の位置から最短の理想的な走行経路上の所定位置との偏差として演算することが可能である。このとき、車両モデル５４４ａは、モデル化された車両が車両５０と同一の所定の縦位置に位置していると仮定したときにおける、モデル化された車両の実際の位置を演算するとともに、そのモデル化された車両の実際の位置と、モデル化された車両の位置から最短の理想的な走行経路上の所定位置との偏差を、モデル化された車両の横位置ｙ＿ｍとして出力することが好ましい。すなわち、車両モデル５４４ａは、車両５０と同じダイナミクスを仮定した車両のモデルであることが好ましい。この構成によれば、車両５０と、モデル化された車両とが同一の縦位置に位置しているときのそれぞれの横位置ｙ＿ｐ，ｙ＿ｍに基づいて誤差ｅを演算することができるため、より制度の高い誤差ｅを演算することが可能である。結果的に、より高い制御性を有するシステムを実現することが可能である。

【0082】

適応パラメータθの生成は、自車、他車、外部機器（工場の機械、サーバ等）が行ってもよい。
誤差ｅがある程度小さくなれば、適応パラメータθの前回の更新時点から次回の更新時点までの時間を順次延ばしてもよい。また、更新間隔延長時間に上限を設定してもよい。更に、誤差ｅの大きさに基づいて更新間隔を延ばしてもよい。

【0083】

上記実施形態の構成は、４輪車に限らず、３輪車や２輪車等にも適用可能である。また、上記の実施形態の構成は、車両に限らず、船や飛行機等の任意の移動体に適用することも可能である。
本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

【符号の説明】

【0084】

４０：制御システム、５０：車両（制御対象の移動体、第２車両）、５３：ステアリング装置（第２ステアリング装置）、６０：車両（所定の移動体、第１車両）、６２：通信装置（送信部）、６３：ステアリング装置（第１ステアリング装置）、６４：制御装置（コンピュータ）、５４０：自動運転制御部（第２制御信号生成部）、５４１：異常検出部、５４２：制御切替部、５４４：記憶部、５４４ａ：車両モデル、６４０：自動運転制御部（第１制御信号生成部）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】