熊本大学大学院先端科学研究部の岡島寛教授らの研究グループは、路面状況で変化する操舵トルク抵抗の影響を受けにくい頑健（ロバスト）な車両の経路追従制御法を開発しました。同大大学院自然科学教育部博士前期課程の岩井廉太朗氏、同大大学院修了生の日笠夏樹氏との共同研究による成果です。本研究成果はオープンアクセス誌「IEEE Access」に掲載されました。

研究の背景と課題

トラック運転手の疲労や高齢ドライバーの身体・認知機能の低下に起因する事故が社会問題となる中、自動運転技術への期待が高まっています。定められた経路に沿って車両を正確に走行させる経路追従制御では、ハンドルを切る際にタイヤと路面の間で生じる抵抗が、アスファルト、砂利、ぬかるんだ土などの路面状況や車速によって大きく変化し、その値を事前に正確に知ることは困難とされています。特に、ハンドル動作を補助する電動パワーステアリングを備えていないことが多い農業機械や不整地走行車両では、この抵抗の変化が追従誤差の要因となる可能性がありました。

従来の多くの手法では、「ハンドルを切った分だけ前輪が即座に向きを変える」と仮定しており、ハンドルを切る際に路面から受ける操舵トルク抵抗は考慮されていませんでした。

本研究では、操舵の指令を出してから実際に前輪が切れるまでの遅れと、路面の抵抗で前輪が戻される効果を数式モデルに組み込み、抵抗の大きさは路面ごとに異なり事前には分からない量として扱いました。そのうえで、岡島教授らが提案してきた「モデル誤差抑制補償器（MEC）」を既存の制御系に追加しました。MECは既存の制御システムに後付けして想定外の状況に対する頑健さ（ロバスト性）を高める仕組みで、計算機上の想定モデルと実際の車両の応答のずれ（モデル誤差）を常に監視し、そのずれを打ち消すように制御指令を補正します。これにより、路面の抵抗が想定と違っていても経路からのずれが広がらないようにしています。

理論解析では、提案した制御のもとで車両が目標の経路に乗った後も挙動が不安定にならないことが示されました（通常のタイヤであれば必ず満たされる条件のもとで保証されます）。また、実際の路面の抵抗が想定からずれても、経路からのずれがその想定とのずれの大きさに比例した範囲に収まることも示されています。

さらに、2種類のコースを用いたコンピュータシミュレーションにおいて路面の抵抗を想定の半分から2倍まで変えて試したところ、提案法は補正機能を付けない従来の制御に比べ、すべての条件でコースからの最大のずれを90%以上減らしました。

今後の展開と期待

本研究の手法は既存の制御器の構造を変更せずに補償器を付加できるため、農業機械や不整地を走行する搬送車両など、路面環境が大きく変化する多様な車両への適用が可能とされ、操舵抵抗の変動が大きい環境での自動走行の高精度化への寄与が期待されています。今後は、操舵トルクセンサを備えた低速自動運転車両による実車実験で有効性を検証するとともに、車速変化への対応などへ拡張する予定です。

発表論文および問い合わせ先

本研究に関する論文の情報および問い合わせ先は以下の通りです。

• 論文タイトル：Robust Path Following Control for Vehicles with Uncertain Steering Torque Using Model Error Compensation
• 論文著者：岩井廉太朗，日笠夏樹，岡島寛
• 掲載雑誌：IEEE Access
• URL：https://ieeexplore.ieee.org/document/11769950
• 問い合わせ先：熊本大学 総務部 総務課 広報戦略室（TEL: 096-342-3269 / E-mail: sos-koho@jimu.kumamoto-u.ac.jp）

本記事は熊本大学の発表をもとに作成しました。

Dellows News編集部

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