JP2019038535A - 自動走行圃場作業車両 - Google Patents
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Abstract
Description
に関する。
具体的には、車両位置が目標走行経路の法線方向になるように参照点を設け、その座標系に対して、座標系を車両位置の絶対座標系から参照点を基準とした相対座標系に変換するとともに、目標走行経路からの相対的な横ずれ及び方位角のずれを計算し、比例制御によりずれ量に応じたフィードバック的な操作量と、目標軌道の曲率及び横ずれ量に応じたフィードフォワード的な操作量により、操舵角が求められる。しかしながら、舗装された道路を走行する自動車などには有効であるかもしれないが、田植機やトラクタやコンバインさらには芝刈機などの農業作業機、あるいはドーザなどの土木作業機では、その走行速度は低速であることから同じ操舵角では高速走行する車両に比べて走行ズレの解消に時間がかかる。さらには、スリップや土塊の乗り上げなどによって瞬時に目標位置からの位置ずれが生じることがある。このため、特許文献2に開示された走行制御技術を、そのまま作業車両の自動操舵走行に適用することができない。
なお、本願では、目標走行経路が直線状であるとして、位置偏差は車体から目標走行経路に下した垂線の長さとして、方位偏差とは車体の走行方向線と目標走行経路とのなす角度として表すことができる値であると定義される。
調整係数kは乗算で用いられる。これにより、車速が高速になれば、目標操舵値が低減されるので、低速走行から高速走行にわたって適切な偏差解消が実現し、自動操舵走行が安定する。
さらに、この目標操舵値を入力として、作業車両の操向輪(クローラも含まれる)の操舵角を駆動する操舵駆動部に操舵駆動信号を出力する操舵制御系が備えられている。操舵駆動部は、電気モータまたは油圧機器あるいはその両方で構成することができる。操舵制御系は、PIフィードバック制御手法で構築することが好ましいが、その他の制御手法を用いてもよい。ここでは、フィードバックとして、操舵速度と操舵角とが採用されている。
(1)上述した実施形態では、操舵駆動制御部79は、実際の操舵角と操舵速度とをフィードバック量とする操舵制御モジュールとして構成された。しかしながら、本発明では、操舵駆動制御部79の制御構成を限定しているわけではなく、その他の公知の制御構成を採用することも可能である。
(2)上述した実施形態では、目標走行経路を直線と見なしていたが、目標走行経路が曲線であっても、本発明を適用することができる。
(3)上述した実施形態では、測位ユニット8は、衛星航法用モジュール81と慣性航法用モジュール82とで構成されていたが、衛星航法用モジュール81だけで構成することも可能である。
2b :後輪
3 :車体
6 :操舵機構
7 :電子制御ユニット
8 :測位ユニット
9 :センサ群
30 :操縦部
60 :操舵駆動部
71 :基準経路取得部
72 :基準経路設定部
76 :目標操舵演算部
78 :車速算定部
79 :操舵駆動制御部
81 :衛星航法用モジュール
82 :慣性航法用モジュール
731 :自車位置算定部
732 :自車方位算定部
741 :位置偏差演算部
742 :方位偏差演算部
751 :第1制御演算部
752 :第2制御演算部
760 :操舵上限設定部
Claims (11)
- 圃場に設定された目標走行経路に沿って自動操舵走行する自動走行圃場作業車両であって、
自車位置を算定する自車位置算定部と、
自車の走行方位を算定する自車方位算定部と、
前記目標走行経路に対する前記自車の横方向の位置ずれである位置偏差を演算する位置偏差演算部と、
前記目標走行経路の方位線と前記走行方位との間の方位偏差を演算する方位偏差演算部と、
前記位置偏差と目標位置偏差とを入力パラメータとして第1操舵値を出力する第1制御演算部と、
前記方位偏差と目標方位偏差と前記位置偏差とを入力パラメータとして第2操舵値を出力する第2制御演算部と、
前記第1操舵値と前記第2操舵値とに基づいて前記目標走行経路に沿って走行するための目標操舵値を出力する目標操舵演算部と、
前記目標操舵値を入力として操舵駆動信号を出力する操舵駆動制御部と、
前記操舵駆動信号に基づいて操向輪の操舵を行う操舵駆動部と、を備えた自動走行圃場作業車両。 - 圃場に設定された目標走行経路に沿って自動操舵走行する自動走行圃場作業車両であって、
自車位置を算定する自車位置算定部と、
自車の走行方位を算定する自車方位算定部と、
前記目標走行経路に対する前記自車の横方向の位置ずれである位置偏差を演算する位置偏差演算部と、
前記目標走行経路の方位線と前記走行方位との間の方位偏差を演算する方位偏差演算部と、
前記位置偏差に基づいて偏差解消の第1操舵値を出力する第1制御演算部と、
前記位置偏差と前記方位偏差とに基づいて出力された偏差解消のための仮操舵値を前記位置偏差に基づいて低減して第2操舵値を出力する第2制御演算部と、
前記位置偏差に基づいて低減調整された前記方位偏差と、前記位置偏差とに基づいて第2操舵値を出力する第2制御演算部と、
前記第1操舵値と前記第2操舵値とに基づいて前記目標走行経路に沿って走行するための目標操舵値を出力する目標操舵演算部と、
前記目標操舵値を入力として操舵駆動信号を出力する操舵駆動制御部と、
前記操舵駆動信号に基づいて操向輪の操舵を行う操舵駆動部と、を備えた自動走行圃場作業車両。 - 前記第1制御演算部は、PI制御またはPID制御を用いて前記第1操舵量を出力する請求項1または2に記載の自動走行圃場作業車両。
- 前記第2制御演算部は、PI制御またはPID制御を用いて前記第2操舵量を出力する請求項1から3のいずれか一項に記載の自動走行圃場作業車両。
- 前記第2制御演算部は、前記位置偏差が大きい場合には、前記第2操舵値を前記位置偏差量に応じて比例的にまたは非線形的に低減して出力する請求項1から4のいずれか一項に記載の自動走行圃場作業車両。
- 車速を算定する車速算定部が備えられ、
前記目標操舵演算部は、前記第1操舵値と前記第2操舵値とに基づいて前記目標操舵値を出力する際に前記車速が大きくなるにしたがって減少傾向を示す調整係数を用いて前記車速が大きい場合には前記目標操舵値を低減する請求項1から5のいずれか一項に記載の自動走行圃場作業車両。 - 前記目標操舵演算部は前記第1操舵値と前記第2操舵値とを加算演算して前記目標操舵値を出力する請求項1から6のいずれか一項に記載の自動走行圃場作業車両。
- 前記目標操舵演算部は、前記目標操舵値に対する上限リミッタ機能を有し、前記車速に応じて上限リミット値が設定される請求項1から7のいずれか一項に記載の自動走行圃場作業車両。
- 圃場に設定された目標走行経路に沿って自動操舵走行する自動走行圃場作業車両であって、
自車位置を算定する自車位置算定部と、
自車の走行方位を算定する自車方位算定部と、
前記目標走行経路に対する前記自車の横方向の位置ずれである位置偏差を演算する位置偏差演算部と、
前記目標走行経路の方位線と前記走行方位との間の方位偏差を演算する方位偏差演算部と、
前記位置偏差と目標位置偏差とに基づいて前記目標走行経路に沿って走行するための目標操舵値を出力する目標操舵演算部と、
前記目標操舵値と実際の操舵角とに基づいて前段出力値を出力するとともに、当該前段出力値と実際の操舵速度とに基づいて操舵駆動信号を出力する操舵駆動制御部と
前記操舵駆動信号に基づいて操向輪の操舵を行う操舵駆動部と、を備えた自動走行圃場作業車両。 - 前記操舵駆動制御部は、前記前段出力値をPI制御またはPID制御によって出力する請求項9に記載の自動走行圃場作業車両。
- 前記操舵駆動制御部は、前記操舵駆動信号をPI制御またはPID制御によって出力する請求項9または10に記載の自動走行圃場作業車両。
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